Проблема увеличения долговечности резиновых изделий непосредственно связана с повышением сопротивления резни различным видам старения. Одним из наиболее распространенных и разрушительных видов старения является атмосферное старение резин, которому подвержены практически все изделия, контактирующие при эксплуатации или хранении с воздухом.

Атмосферное старение представляет собой комплекс физических и химических превращений резни, протекающих под воздействием атмосферного озона и кислорода, солнечной радиации и тепла.

В атмосферных условиях так же, как и при тепловом старении, резины постепенно теряют свои эластические свойства независимо от того, находятся ли они в напряженном или ненапряженном состоянии.

Особенно интенсивно старятся резины на основе НК со светлыми наполнителями. Быстро (через 1-2 года) наступает заметное изменение свойств у резин из бутадиен-нитрильного, бутадиенстирольного каучуков и из наирита. Помимо сравнительно быстрого изменения цвета поверхностный слой сначала размягчается, а затем постепенно становится жестким и приобретает вид тисненой кожи. Одновременно поверхность покрывается сеткой трещин из-за одновременного воздействия на нее озона и растягивающих усилий. Растрескивание резин в атмосферных условиях протекает с относительно большой скоростью и является вследствие этого наиболее опасным видом старения.

Для предохранения резин от растрескивания применяются два вида защитных средств:

· антиозонанты;

Эффективное снижение скорости изменения физико-механических свойств резин при атмосферном старении так же, как и при тепловом старении, может быть достигнуто с помощью противостарителей главным образом у резин на основе НК.

Термостойкость – способность резин сохранять свойства при действии повышенной температуры. Обычно этим термином обозначают сопротивление термическому старению, в процессе которого происходит изменение химической структуры эластомера. Изменение свойств резин при термическом старении необратимо.

При одинаковой вулканизующей системе минимальным сопротивлением термическому старению обладают резины на основе изопренового каучука. При 80-140°С обычно протекают в основном реакции деструкции пространственной сетки вулканизата, а при 160 °С - реакции сшивания макромолекул каучука. Изменение механических свойств в большей степени обусловлено деструкцией макромолекул, интенсивность которой возрастает на воздухе.

Резины на основе бутадиен-стирольного каучука (БСК ) более термостойки (причём термостойкость значительно возрастает при повышении продолжительности вулканизации) и в меньшей степени подвержены окислению, чем резины на основе изопренового каучука. Степень сшивания возрастает при повышении температуры и продолжительности старения.

Обычно минеральные наполнители обеспечивают более высокое сопротивление термическому старению резин на основе БСК по сравнению с техническим углеродом. Степень влияния наполнителей зависит от состава резиновой смеси и условий старения.

У резин на основе бутадиен-нитрильного каучука (БНК ) сопротивление термическому старению возрастает при повышении содержания акрилонитрила (АН) в каучуке. Минимальное сопротивление термическому старению имеют резины, вулканизованные серой.

При термическом старении резин на основе хлоропренового каучука происходит сшивание макромолекул. В качестве наполнителей применяют технический углерод, диоксид кремния, минеральные наполнители. В качестве мягчителей применяют полиэфиры, сульфоэфиры, рубракс, кумарон-инденовую и нефтеполимерную смолы.

Термостойкость может повышаться при добавлении в резиновую смесь парафинового масла, дифениламина, алкилированных диаминов и фенольных антиоксидантов, а также смесей различных антиоксидантов.

Термическое старение при сжатии наиболее важно для резин, используемых в качестве уплотнительных материалов. В этом случае сопротивление старению оценивают по результатам измерения релаксации напряжения при сжатии и остаточной деформации при сжатии (ОДС). Термостойкость резин при сжатии характеризуют также показателями: τ (Т; 50%) и τ (Т; 80%)-продолжительность старения при температуре Т до достижения значения ОДС, равного 50 и 80% соответственно; Т (τ , 50%) и Т (τ , 80%)-температура старения в течение времени τ , при которой значение ОДС достигает 50 и 80% соответственно.

Значение ОДС резко возрастает, а контактное напряжение снижается в первый период старения, затем эти величины изменяются со значительно меньшей скоростью. Повышение температуры также приводит к существенному ускорению релаксации напряжения и увеличению ОДС. Поэтому небольшие отклонения температуры или продолжительности старения могут существенно изменить эти показатели в начальный период старения.

Сопротивление резин термическому старению при сжатии в основном зависит от типа каучука, структуры и плотности пространственной сетки, условий испытаний.

Повышение продолжительности вулканизации всегда приводит к снижению ОДС, так как при этом обычно возрастает плотность сетки, а в серных вулканизатах снижается степень сульфидности поперечных связей.

Наличие влаги и следов щелочи в резиновой смеси снижает термостойкость при сжатии. Скорость релаксации напряжения повышается при увеличении влажности в инертной среде или на воздухе.

Для создания резин с новыми свойствами весьма перспективным является использование в резиновых смесях новых химических добавок полифункционального действия. При смешении каучуков с такими добавками образуются композиции, применение которых позволяет в сильной степени изменить свойства, как резиновых смесей, так и полученных из них резин.

Возможность использования полифункциональных добавок связана с их химическим строением, агрегатным состоянием и влиянием на структуру эластомерных композиций. Правильный подбор и введение добавок в резиновую смесь может облегчать ее переработку (эффект пластификации), изменять клейкость, когезионную прочность, параметры вулканизации и многие другие характеристики.

В зависимости от химического строения и количества полифункциональных добавок существенно изменяются и свойства резин, полученных из таких композиций (эластичность, морозостойкость и теплостойкость, прочность, динамические и усталостные характеристики, твердость и сопротивление истиранию и т.д.).

Достоинством полифункциональных добавок является их доступность. В связи с этим в настоящее время в резиновых смесях применяются или испытываются самые разнообразные продукты природного и синтетического происхождения. Например, олиоэфиракрилаты являются пластификаторами при переработке и усиливающими наполнителями в вулканизационной композиции; парафины (олеоэтилены) облегчают переработку смесей и защищают резины от озонного растрескивания; жирные кислоты (олеоэтиленкарбоновые кислоты) не только понижают вязкость резиновых смесей, но и воздействуют на сшивание каучука, повышая эффективность использования вулканизующих систем.

Технологические добавки – целевые добавки, которые при добавлении к резиновым смесям в небольших количествах, улучшают их технологические свойства.

К ингредиентам, улучшающим перерабатываемость резиновых смесей и давно использующимся в резиновой промышленности, относят в основном жидкие и термопластичные пластификаторы. Однако, оказывая положительное действие на технологические свойства смесей, они отрицательно влияют на эксплуатационные характеристики резин.

По химической природе технологические добавки классифицируются на:

1.Жирные кислоты и их производные (соли и эфиры).

2.Эмульсионные пластификаторы.

3.Высококипящие полигликоли.

4.Смолы (смоляные кислоты и их производные).

11.Свойства и виды стекол

Стеклом называется твердый аморфный термопластичный мате­риал, получаемый переохлаждением расплава различных оксидов. В состав стекла входят стеклообразующие кислотные оксиды (SiO 2 , А 12 О 3 , В 2 О 3 и др.), а также основные оксиды (К 2 О, СаО, Na 2 О и др.), придающие ему специальные свойства и окраску. Оксид кремния SiO 2 является основой практически всех стекол и входит в их состав в количестве 50 … 100 %. По назначению стекла подразделяются на строительные (оконные, витринные и др.), бытовые (стеклотара, посуда, зеркала и др.) и технические (оптические, свето- и элект­ротехнические, химико-лабораторные, приборные и др.).

Важными свойствами стекла являются оптические. Обычное стекло пропускает около 90 %, отражает - 8 % и поглощает - 1 % видимого света. Механические свойства стекла характеризуются высоким со­противлением сжатию и низким - растяжению.

Термостойкость стекла определяется разностью температур, которую оно может выдержать без разрушения при резком охлаждении в воде. Для большинства сте­кол термостойкость колеблется от 90 до 170°С, а для кварцевого стекла, состоящего из чистого SiO 2, - 1000 °С. Основной недостаток стекла - высокая хрупкость.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.
1.1. ВВЕДЕНИЕ.
1.2. СТАРЕНИЕ РЕЗИН.
1.2.1. Виды старения.
1.2.2. Тепловое старение.
1.2.3. Озонное старение.
1.3. ПРОТИВОСТАРИТЕЛИ И АНТИОЗОНАНТЫ.
1.4. ПОЛИВИНИЛХЛОРИД.
1.4.1. Пластизоли ПВХ.

2. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.
3. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА ПРОДУКТ.
3.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ.
3.2. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ.
3.3. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ.
3.4. ГАРАНТИЯ ИЗГОТОВИТЕЛЯ.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
5. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

Аннотация.

В отечественной и зарубежной промышленности производства шин и РТИ широкое распространение получили противостарители, применяемые в виде высокомолекулярных паст.
В данной работе исследуется возможность получения противостарительной пасты на основе комбинаций двух противостарителей диафена ФП и диафена ФФ с поливинилхлоридом в качестве дисперсионной среды.
Изменения содержания ПВХ и противостарителей, можно получить пасты, пригодные для защиты резин от термоокислительного и озонного старения.
Работа выполнена на страницах.
Было использовано 20 литературных источников.
В работе имеется 6 таблиц и.

Введение.

Наиболее широкое распространение в Отечестве промышленности нашли два противостарителя диафен ФП и ацетанил Р.
Небольшой ассортимент, представленный двумя противостарителями, объясняется рядом причин. Производства некоторых противостарителей прекратили свое существование, например, неозон Д, а другие не отвечают современным требованиям, предъявляемым к ним, например, диафен ФФ, он выцветает на поверхности резиновых смесей.
В связи с недостатком отечественных противостарителей и дороговизной зарубежных аналогов в настоящей работе исследуется возможность применения композиции противостарителей диафена ФП и диафена ФФ в виде высококонцентрированной пасты, дисперсионной средой, в которой является ПВХ.

1. Литературный обзор.
1.1. Введение.

Защита резин от теплового и озонного старения является основной целью данной работы. В качестве ингредиентов, защищающих резину от старения, применяются композиция диафена ФП с диафеном ФФ и поливинилипоридом (дисперсная среда). Процесс изготовления противостарительной пасты описывается в экспериментальной части.
Противостарительную пасту применяют в резинах на основе изопренового каучука СКИ-3. Резины на основе этого каучука стойки к действию воды, ацетона, этилового спирта и не стойки к действию бензина, минеральных и животных масел и т.д.
При хранении резин и эксплуатации резиновых изделий происходит неизбежный процесс старения, приводящий к ухудшению их свойств. Чтобы улучшить свойства резин применяют диафен ФФ в композиции с диафеном ФП и поливинилхлоридом, которые также позволяют в некоторой степени решить вопрос о выцветании резин.

1.2. Старение резин.

При хранении каучуков, а также при хранении и эксплуатации резиновых изделий происходит неизбежный процесс старения, приводящий к ухудшению их свойств. В результате старения снижается прочность при растяжении, эластичность и относительное удлинение, повышаются гистерезисные потери и твердость, уменьшается сопротивление истиранию, изменяется пластичность, вязкость и растворимость невулканизированного каучука. Кроме того, в результате старения значительно уменьшается продолжительность эксплуатации резиновых изделий. Поэтому повышение стойкости резины к старению имеет большое значение для увеличения надежности и работоспособности резиновых изделий .
Старение – результат воздействия на каучук кислорода, нагревания, света и особенно озона.
Кроме того, старение каучуков и резин ускоряется в присутствии соединений поливалентных металлов и при многократных деформациях .
Стойкость вулканизатов к старению зависит от ряда факторов, важнейшими из которых является:
- природа каучука;
- свойства содержащихся в резине противостарителей, наполнителей и пластификаторов (масел);
- природа вулканизирующих веществ и ускорителей вулканизации (от них зависит структура и устойчивость сульфидных связей, возникающих при вулканизации);
- степень вулканизации;
- растворимость и скорость диффузии кислорода в каучуке;
- соотношение между объемом и поверхностью резинового изделия (с увеличением поверхности увеличивается количество кислорода, проникающего в резину) .
Наибольшей стойкостью к старению и окислению характеризуются полярные каучуки – бутадиен-нитрильные, хлоропреновые и др. Неполярные каучуки менее стойки к старению. Их сопротивление старению определяется главным образом особенностями молекулярной структуры, положением двойных связей и их количеством в основной цепи. Для повышения стойкости каучуков и резин к старению в них вводят противостарители, которые замедляют окисление и старение .

1.2.1. Виды старения.

В связи с тем, что роль факторов, активирующих окисление, меняется в зависимости от природы и состава полимерного материала, резличают в соответствии с преимущественным влиянием одного из факторов следующие виды старения:
1) тепловое (термическое, термоокислительное) старение в результате окисления, активированного теплом;
2) утомление – старение в результате усталости, вызванной действием механических напряжений и окислительных процессов, активизированных механическим воздействием;
3) окисление, активированное металлами переменной валентности;
4) световое старение – в результате окисления, активизированного ультрафиолетовым излучением;
5) озонное старение;
6) радиационное старение под действием ионизирующих излучений .
В данной работе исследуется влияние противостарительной дисперсии ПВХ на термоокислительную и озонную стойкость резин на основе неполярных каучуков. Поэтому далее подробнее рассматриваются термоокислительное и озонное старение.

1.2.2. Тепловое старение.

Тепловое старение – результат одновременного воздействия тепла и кислорода. Окислительные процессы являются главной причиной теплового старения в воздушной среде.
Большинство ингредиентов в той или иной степени влияют на эти процессы. Технический углерод и другие наполнители адсорбируют противостарители на своей поверхности, уменьшают их концентрацию в каучуке и, следовательно, ускоряют старение. Сильно окисленные сажи могут быть катализаторами окисления резин. Малоокисленные (печные, термические) сажи, как правило, замедляют окисление каучуков .
При тепловом старении резин, которое протекает при повышенных температурах, необратимо изменяются практически все основные физико-механические свойства. Изменение этих свойств зависит от соотношения процессов структурирования и деструкции. При тепловом старении большинства резин на основе синтетических каучуков преимущественно происходит структурирование, что сопровождается снижением эластичности и повышением жесткости. При тепловом старении резин из натурального и синтетического изопропенового каучука и бутил каучука в большей мере развиваются деструктивные процессы, приводящие к уменьшению условных напряжений при заданных удлинения и повышению остаточных деформаций .
Отношение наполнителя к окислению будет зависеть от его природы, от типа ингибиторов, введенных в резину, и от характера вулканизационных связей .
Ускорители вулканизации, как и продукты, их превращения, остающиеся в резинах (меркаптаны, карбонаты и др.), могут участвовать в окислительных процессах. Они могут вызывать разложение гидроперекисей по молекулярному механизму и способствовать, таким образом, защите резин от старения .
Существенное влияние на термическое старение оказывают природа вулканизационной сетки. При умеренной температуре (до 70о) свободная сера и полисульфидные поперечные связи замедляют окисление. Однако при повышении температуры перегруппировка полисульфидных связей, в которую может вовлекаться и свободная сера, приводит к ускоренному окислению вулканизатов, которые оказываются в этих условиях нестойким. Поэтому необходимо подбирать вулканизационную группу, обеспечивающую образование стойких к перегруппировке и окислению поперечных связей .
Для защиты резин от теплового старения применяются противостарители, повышающие стойкость резин и каучуков к воздействию кислорода, т.е. вещества, обладающие свойствами антиоксидантов – прежде всего вторичные ароматические амины, фенолы, бисфинолы и др.

1.2.3. Озонное старение.

Озон оказывает сильное влияние на старение резин даже в незначительной концентрации. Это обнаруживается иногда уже в процессе хранения и перевозки резиновых изделий. Если при этом резина находится в растянутом состоянии, то на поверхности ее возникают трещины, разрастание которых может привести к разрыву материала .
Озон, по-видимому, присоединяется к каучуку по двойным связям с образованием озонидов, распад которых приводит к разрыву макромолекул и сопровождается образованием трещин на поверхности растянутых резин. Кроме того, при озонировании одновременно развиваются окислительные процессы, способствующие разрастанию трещин. Скорость озонного старения возрастает при увеличении концентрации озона, величины деформации, повышении температуры и при воздействии света.
Понижение температуры приводит к резкому замедлению данного старения. В условиях испытаний при постоянном значении деформаций; при температурах, превышающих на 15-20 градусов Цельсия температуру стеклования полимера, старение почти полностью прекращается .
Стойкость резин к действию озона зависит главным образом от химической природы каучука.
Резины на основе различных каучуков по озоностойкости можно разделить на 4 группы:
1) особо стойкие резины (фторкаучуки, СКЭП, ХСПЭ);
2) стойкие резины (бутилкаучук, пеарит);
3) умеренно стойкие резины, не растрескивающиеся при действии атмосферных концентраций озона в течение нескольких месяцев и устойчивые более 1 часа к концентрации озона около 0,001%, на основе хлоропренового каучука без защитных добавок и резин на основе непредельных каучуков (НК, СКС, СКН, СКИ-3) с защитными добавками;
4) нестойкие резины.
Наиболее эффективно при защите от озонного старения совместное применение антиозонтов и воскообразных веществ.
К антиозонантам химического действия относятся N-замещенные ароматические амины и производные дигидрохинолина. Антиозонанты реагируют на поверхности резины с озоном с большой скоростью, значительно превосходящей скорость взаимодействия озона с каучуком. В результате этого процесса озонного старения замедляется .
Наиболее эффективными противостарительными и антиозонтами для защиты резин от теплового и озонного старений являются вторичные ароматические диамины.

1.3. Противостарители и антиозонанты.

Наиболее эффективными противостарителями и антиозонантами являются вторичные ароматические амины.
Они не окисляются молекулярным кислородом ни в сухом виде, ни в растворах, но окисляются перекисями каучука в процессе теплового старения и при динамической работе, вызывая отрыв цепи. Так дифениламин; N, N’-дифенил-nфенилендиамин при динамическом утомлении или тепловом старении резин расходуется почти на 90%. При этом изменяется только содержание групп NH, содержание же азота в резине остается неизменным, что указывает на присоединение противостарителя к углеводороду каучука .
Противостарители этого класса обладают очень высоким защитным действием от теплового и озонного старения.
Одним из широко распрастраненных представителей этой группы противостарителей является N,N’-дифенил-n-фенилендиалин (диафен ФФ).

Это эффективный антиоксидант, повышающий сопротивление резин на основе СДК, СКИ-3 и натурального каучука действию многократных деформаций. Диафен ФФ окрашивает резину.
Наилучшим противостарителем по защите резин от теплового и озонного старения, а также от утомления является диафен ФП, однако он отличается сравнительно высокой летучестью и легко экстрагируется из резин водой .
N-Фенил-N’-изопропил-n-фенилендиамин (диафен ФП, 4010 NA, сантофлекс IP) имеет следующую формулу:

С увеличением величины алкильной группы заместителя увеличивается растворимость вторичных ароматических диаминов, в полимерах; повышаются устойчивость к вымыванию водой, уменьшается летучесть и токсичность .
Сравнительная характеристика диафена ФФ и диафена ФП приводится потому, что в данной работе проводятся исследования, которые вызваны тем, что использование диафена ФФ как индивидуального продукта приводит к «выцветанию» его на поверхности резиновых смесей и вулканизатов. К тому же он по защитному действию несколько уступает диафену ФП; имеет в сравнении с последним более высокую температуру плавления, что отрицательно сказывается на распределении его в резинах .
В качестве связующего (дисперсной среды) для получения пасты на основе комбинаций противостарителей диафена ФФ и диафена ФП используется ПВХ.

1.4. Поливинилхлорид.

Поливинилхлорид является продуктом полимеризации хлористого винила (CH2=CHCl).
ПВХ выпускается в виде порошка с размерами частиц 100-200 мкм. ПВХ – аморфный полимер плотностью 1380-1400 кг/м3 и с температурой стеклования 70-80оС. Это один из наиболее полярных полимеров с высоким межмолекулярным взаимодействие. Он хорошо совмещается с большинством выпускаемых промышленностью пластификаторов .
Большое содержание хлора в ПВХ делает его самозатухающим материалом. ПВХ – это полимер общетехнического назначения. На практике имеют дело с пластизолями .

1.4.1. Пластизоли ПВХ.

Пластизоли – это дисперсии ПВХ в жидких пластификаторах. Количество пластификаторов (дибутилфталатов, диалкилфталатов и т.д.) составляет от 30 до 80%.
При обычных температурах частицы ПВХ практически не набухают в указанных пластификаторах, что делает пластизоли стабильными. При нагревании до 35-40оС в результате ускорения процесса набухания (желатинизация) пластизоли превращаются в высокосвязанные массы, которые после охлаждения переходят в эластичные материалы .

1.4.2. Механизм желатинизации пластизолей.

Механизм желатинизации состоит в следующем. При повышении температуры пластификатор медленно проникает в частицы полимера, которые увеличиваются в размере. Агломераты распадаются на первичные частицы. В зависимости от прочности агломератов распад может начаться при комнатной температуре. По мере увеличения температуры до 80-100оС вязкость пластозоля сильно растет, свободный пластификатор исчезает, а набухшие зерна полимера соприкасаются. На этой стадии, называемой предварительной желатинизацией, материал выглядит совершенно однородным, однако изготовленные из него изделия не обладают достаточными физико-механическими характеристиками. Желатинизация завершается лишь тогда, когда пластификаторов равномерно распределиться в поливинилхлориде, и пластизоль превратится в однородное тело. При этом происходит сплавление поверхности набухших первичных частиц полимера и образование пластифицированного поливинилхлорида .

2. Выбор направления исследования.

В настоящее время в отечественной промышленности основными ингредиентами, защищающими резины от старения, является диафен ФП и ацетил Р.
Слишком небольшой ассортимент, представленный двумя противостарителями объясняется тем, что, во-первых, некоторые производства противостарителей прекратили свое существование (неозон Д), во-вторых, другие противостарители не отвечают современным требованиям (диафен ФФ).
Большинство противостарителей выцветают на поверхности резин. Для того чтобы уменьшить выцветание противостарителей можно использовать смеси противостарителей, обладающие либо синергическими, либо аддетивными свойствами. Это в свою очередь позволяет провести экономию дефицитного противостарителя. Использование комбинации противостарителей предлагается проводить индивидуальным дозированием каждого противостарителя, но наиболее целесообразно использование противостарителей в виде смеси или в виде пастообразующих композиций.
Дисперсионной средой в пастах служат низкомолекулярные вещества, как, например масла нефтяного происхождения, а также полимеры – каучуки, смолы, термопласты.
В данной работе исследуется возможность использования поливинилхлорида в качестве связующего (дисперсионной среды) для получения пасты на основе комбинаций противостарителей диафена ФФ и диафена ФП.
Проведение исследований вызвано тем, что использование диафена ФФ как индивидуального продукта приводит к «выцветанию» его на поверхности резиновых смесей и вулканизатов. К тому же по защитному действию диафен ФФ несколько уступает диафену ФП; имеет в сравнении с последним более высокую температуру плавления, что отрицательно сказывается на распределении диафена ФФ в резинах.

3. Технические условия на продукт.

Настоящее техническое условие распространяется на дисперсию ПД-9, представляющую собой композицию поливинилхлорида с противостарителем аминного типа.
Дисперсия ПД-9 предназначена для использования в качестве ингредиента к резиновым смесям для повышения озоностойкости вулканизатов.

3.1. Технические требования.

3.1.1. Дисперсия ПД-9 должна быть изготовлена в соответствии с требованиями настоящих технических условий по технологическому регламенту в установленном порядке.

3.1.2. По физическим показателям дисперсия ПД-9 должна соответствовать нормам, указанным в таблице.
Таблица.
Наименование показателя Норма* Метод испытания
1. Внешний вид. Крошка дисперсия от серого до темно-серого цвета По п. 3.3.2.
2. Линейный размер крошки, мм, не более. 40 По п. 3.3.3.
3. Масса дисперсии в полиэтиленовом мешке, кг, не более. 20 По п. 3.3.4.
4. Вязкость по Муни, ед. Муни 9-25 По п. 3.3.5.
*) нормы уточняются после выпуска опытной партии и статистической обработки результатов.

3.2. Требования безопасности.

3.2.1. Дисперсия ПД-9 – горючее вещество. Температура вспышки не ниже 150оС. Температура самовоспламенения 500оС.
Средством пожаротушения при загорании является тонко распыленная вода и химическая пена.
Средством индивидуальной защиты – противогаз маки «М».

3.2.2. Дисперсия ПД-9 – малотоксичное вещество. При попадании в глаза следует промыть их водой. Попавший на кожу продукт удаляют, смывая водой с мылом.

3.2.3. Все рабочие помещения, в которых ведутся работы с дисперсией ПД-9, должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией.
Дисперсия ПД-9 не требует установления для нее гигиенического регламента (ПДК и ОБУВ).

3.3. Методы испытаний.

3.3.1. Отбирают точечные пробы не менее трех, затем соединяют, тщательно перемешивают и отбирают среднюю пробу методом квартования.

3.3.2. Определение внешнего вида. Внешний вид определяется визуально при отборе проб.

3.3.3. Определение размера крошки. Для определения размера крошки дисперсии ПД-9 используют метрическую линейку.

3.3.4. Определение массы дисперсии ПД-9 в полиэтиленовом мешке. Для определения массы дисперсии ПД-9 в полиэтиленовом мешке используют весы типа РН-10Ц 13М.

3.3.5. Определение вязкости по Муни. Определение вязкости по Муни основано на присутствии в дисперсии ПД-9 определенного количества полимерной составляющей.

3.4. Гарантия изготовителя.

3.4.1. Изготовитель гарантирует соответствие дисперсии ПД-9 требованиям настоящих технических условий.
3.4.2. Гарантийный срок хранения дисперсии ПД-9 6 месяцев со дня изготовления.

4. Экспериментальная часть.

В данной работе исследуется возможность использования поливинилхлорида (ПВХ) в качестве связующего (дисперсионной среды) для получения пасты на основе комбинаций противостарителей диафена ФФ и диафена ФП. Исследуется также влияние данной противостарительной дисперсии на термоокислительную и озонную стойкость резин на основе каучука СКИ-3

Приготовление противостарительной пасты.

На рис. 1. Показана установка для приготовления противостарительной пасты.
Приготовление проводилось в стеклянной колбе (6) объемом 500 см3. Колба с ингредиентами нагревалась на электрической плитке (1). Колба помещена в баню (2). Температура в колбе регулировалась с помощью контактного термометра (13). Перемешивание осуществляют при температуре 70±5оС и при помощи лопастной мешалки (5).

Рис.1. Установка для приготовления противостарительной пасты.
1 – плита электрическая с закрытой спиралью (220 В);
2 – баня;
3 – контактный термометр;
4 – реле контактного термометра;
5 – мешалка лопастная;
6 – стеклянная колба.

Порядок загрузки ингредиентов.

В колбу загружалось расчетное количество диафена ФФ, диафена ФП, стеарина и часть (10% мас.) дибутилфталана (ДБФ). После чего осуществлялось перемешивание в течение 10-15 минут до получения однородной массы.
Далее смесь охлаждалась до комнатной температуры.
После чего в смесь загружали поливинилхлорид и оставшуюся часть ДБФ (9% мас.). Полученный продукт выгружали в фарфоровый стакан. Далее производилось термостатирование продукта при температурах 100, 110, 120, 130, 140оС.
Состав полученной композиции приведен в таблице 1.
Таблица 1
Состав противостарительной пасты П-9.
Ингредиенты % мас. Загрузка в реактор, г
ПВХ 50,00 500,00
Диафен ФФ 15,00 150,00
Диафен ФП (4010 NA) 15,00 150,00
ДБФ 19,00 190,00
Стеарин 1,00 10,00
Итого 100,00 1000,00

Для исследования влияния противостарительной пасты на свойства вулканизатов использовались резиновая смесь на основе СКИ-3.
Полученную противостарительную пасту ввели в резиновую смесь на основе СКИ-3.
Составы резиновых смесей с противостарительной пастой приведены в таблице 2.
Физико-механические показатели вулканизатов определялись в соответствии с ГОСТ и ТУ, приведенными в таблице 3.
Таблица 2
Составы резиновой смеси.
Ингредиенты Номера закладок
I II
Шифры смесей
1-9 2-9 3-9 4-9 1-25 2-25 3-25 4-25
Каучук СКИ-3 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
Сера 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Альтакс 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60
Гуанид Ф 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00
Цинковые белила 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00
Стеарин 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Технический углерод П-324 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00 20,00
Диафен ФП 1,00 - - - 1,00 - - -
Противостарительная паста (П-9) - 2,3 3,3 4,3 - - - -
Противостарительная паста П-9 (100оС*) - - - - - 2,00 - -
П-9 (120оС*) - - - - - - 2,00 -
П-9 (140оС*) - - - - - - - 2,00
Примечание: (оС*) – в скобках указана температура предварительной желатинизации пасты (П-9).

Таблица 3
№ п.п. Наименование показателя ГОСТ
1 Условная прочность при разрыве, % ГОСТ 270-75
2 Условное напряжение при 300%, % ГОСТ 270-75
3 Относительное удлинение при разрыве, % ГОСТ 270-75
4 Остаточное удлинение, % ГОСТ 270-75
5 Изменение вышеуказанных показателей после старения, воздух, 100оС * 72 ч, % ГОСТ 9.024-75
6 Динамическая выносливость при растяжении, тыс. циклов, Е?=100% ГОСТ 10952-64
7 Твердость по Шору, усл.ед ГОСТ 263-75

Определение реологических свойств противостарительной пасты.

1. Определение вязкости по Муни.
Определение вязкости по Муни осуществлялось на приборе вискозиметре «Муни» (ГДР).
Изготовление образцов для испытания и непосредственно испытания осуществляются по методике, изложенной в технических условиях.
2. Определение когезионной прочности пастообразных композиций.
Образцы паст после желатинизации и охлаждения до комнатной температуры пропускались через зазор вальцов толщиной 2,5 мм. Затем из этих листов в вулканизационном прессе изготовлялись пластины размером 13,6*11,6 мм с толщиной 2±0,3 мм.
После вылежки пластин в течение суток штанцевым ножом вырубались лопаточки в соответствии с ГОСТ 265-72 и далее, на разрывной машине РМИ-60 при скорости 500 мм/мин., определялась разрывная нагрузка.
Удельная нагрузка принималась за когезенную прочность.

5. Полученные результаты и их обсуждение.

При исследовании возможности использования ПВХ, а также композиции полярных пластификаторов в качестве связующих (дисперсионной среды) для получения паст на основе комбинаций противостарителей диафена ФФ и диафена ФП, было выявлено, что сплав диафена ФФ с диафеном ФП в массовом соотношении 1:1 характеризуется низкой скоростью кристаллизации и температурой плавления около 90оС.
Низкая скорость кристаллизации играет положительную роль в процессе изготовления наполненного смесью противостарителей пластизоля ПВХ. В этом случае значительно снижаются энергозатраты на получение гомогенной композиции, не расслаивающейся во времени.
Вязкость расплава диафена ФФ и диафена ФП близка к вязкости пластизоля ПВХ. Это позволяет проводить смешение расплава и пластизоля в реакторах с мешалками якорного типа. На рис. 1 представлена схема установки для изготовления паст. Пасты до их предварительной желатинизации удовлетворительно сливаются из реатора.
Известно, что процесс желатинизации протекает при 150оС и выше. Однако, в этих условиях возможно отщепление хлористого водорода, который, в свою очередь, способен блокировать подвижный атом водорода в молекулах вторичных аминов, в данном случае являющихся противостарителями. Этот процесс протекает по следующей схеме.
1. Образование полимерной гидроперекиси при окислении изопренового каучука.
RH+O2 ROOH,
2. Одно из направлений распада полимерной гидроперикиси.
ROOH RO°+O°H
3. Обрав стадии окисления за счет молекулы антиоксиданта.
AnH+RO° ROH+An°,
Где An – радикал антиоксиданта, например,
4.
5. Свойства аминов, в том числе и вторичных (диафен ФФ) образовывать с минеральными кислотами алкилзамещенные по схеме:
H
R-°N°-R+HCl + Cl-
H

Это уменьшает реакционную способность атома водорода.

Проводя процесс желатинизации (предварительной желатинизации) при относительно невысоких температурах (100-140оС) можно избежать те явления, о которых говорилось выше, т.е. уменьшить вероятность отщепления хлористого водорода.
Окончательный процесс желатинизации приводит к получению паст с вязкостью по Муни меньшей, чем вязкость наполненной резиновой смеси и низкой когезионной прочностью (см.рис. 2.3).
Пасты, обладающие низкой вязкостью по Муни, во-первых, хорошо распределяются в смеси, во-вторых, незначительные части компонентов, составляющих пасту, способны достаточно легко мигрировать в поверхностные слои вулканизатов, защищая тем самым резины от старения.
В частности в вопросе «раздавливания» пастообразующих композиций придается немаловажное значение при объяснении причин ухудшения свойств некоторых композиций при действии озона .
В данном случае исходная низкая вязкость паст и кроме того не меняющаяся в процессе хранения (таблица 4), позволяет осуществить более равномерное распределение пасты, и дает возможность миграции ее составляющих к поверхности вулканизата.

Таблица 4
Показатели вязкости по Муни пасты (П-9)
Исходные показатели Показатели после хранения пасты в течение 2-х месяцев
10 8
13 14
14 18
14 15
17 25

Изменяя содержание ПВХ и противостарителей, можно получить пасты, пригодные для защиты резин от термоокилительного и озонного старения как на основе неполярных, так и полярных каучуков. В первом случае, содержание ПВХ составляет 40-50% мас. (паста П-9), во втором – 80-90% мас.
В данной работе исследуются вулканизаты на основе изопренового каучука СКИ-3. Физико-механические показатели вулканизатов с использованием пасты (П-9) представлены в таблицах 5 и 6.
Стойкость исследуемых вулканизатов к термоокислительному старению повышается с увеличением содержания противостарительной пасты в смеси, как это видно из таблицы 5.
Показатели изменения условной прочности, штатного состава (1-9) составляет (-22%), в то время как для состава (4-9) – (-18%).
Необходимо отметить также, что при введении пасты, способствующей увеличению стойкости вулканизатов к термоокислительному старению, придается более значительная динамическая выносливость. Причем, объясняя увеличение динамической выносливости, невозможно, по-видимому ограничиться только фактором повышения дозы противостарителя в матрице каучука. Не последнюю роль при этом, вероятно, играет ПВХ. В этом случае можно предположить , что присутствие ПВХ может вызвать эффект образования им цепочечных непрерывных структур, которые равномерно распределяются в каучуке и препятствуют разрастанию микротрещин возникающих при растрескивании.
Уменьшая содержание противостарительной пасты и тем самым доли ПВХ (таблица 6) эффект повышения динамической выносливости практически аннулируется. В этом случае положительное влияние пасты проявляется лишь в условиях термоокислительного и озонного старения.
Следует отметить, что наилучшие физико-механические показатели наблюдаются при использовании противостарительной пасты, полученной при более мягких условиях (температура предварительной желатинизации 100оС).
Такие условия получения пасты обеспечивают более высокий уровень стабильности, по сравнению с пастой полученной при термостатированнии в течение часа при 140оС.
Увеличение вязкости ПВХ в пасте, полученной при данной температуре, не способствует также сохранению динамической выносливости вулканизатов. И как следует из таблицы 6, динамическая выносливость в большой степени уменьшается в пастах, термостатированных при 140оС.
Использование диафена ФФ в композиции с диафеном ФП и ПВХ позволяет в некоторой степени решить проблему выцветания.

Таблица 5


1-9 2-9 3-9 4-9
1 2 3 4 5
Условная прочность при разрыве, МПа 19,8 19,7 18,7 19,6
Условное напряжение при 300%, МПа 2,8 2,8 2,3 2,7

1 2 3 4 5
Относительное удлинение при разрыве, % 660 670 680 650
Остаточное удлинение, % 12 12 16 16
Твердость, Шор А, усл.ед. 40 43 40 40
Условной прочности при разрыве, МПа -22 -26 -41 -18
Условного напряжения при 300%, МПа 6 -5 8 28
Относительного удлинения при разрыве, % -2 -4 -8 -4
Остаточного удлинения, % 13 33 -15 25

Динамическая выносливость, Eg=100%, тыс.циклов. 121 132 137 145

Таблица 6
Физико-механические показатели вулканизатов, содержащих противостарительную пасту (П-9).
Наименование показателя Шифр смеси
1-25 2-25 3-25 4-25
1 2 3 4 5
Условная прочность при разрыве, МПа 22 23 23 23
Условное напряжение при 300%, МПа 3,5 3,5 3,3 3,5

1 2 3 4 5
Относительное удлинение при разрыве, % 650 654 640 670
Остаточное удлинение, % 12 16 18 17
Твердость, Шор А, усл.ед. 37 36 37 38
Изменение показателя после старения, воздух, 100оС*72 ч
Условной прочности при разрыве, МПа -10,5 -7 -13 -23
Условного напряжения при 300%, МПа 30 -2 21 14
Относительного удлинения при разрыве, % -8 -5 -7 -8
Остаточного удлинения, % -25 -6 -22 -4
Озоностойкость, E=10 %, час 8 8 8 8
Динамическая выносливость, Eg=100%, тыс.циклов. 140 116 130 110

Перечень условных обозначений.

ПВХ – поливинилхлорид
Диафен ФФ – N,N’ – Дифенил – n – фенилендиамин
Диафен ФП – N – Фенил – N’ – изопропил – n – фенилендиамин
ДБФ – дибутилфталат
СКИ-3 – изопреновый каучук
П-9 – противостарительная паста

1. Исследование для композиции диафена ФП и диафена ФФ пластизоля на основе ПВХ позволяет получить пасты не расслаивающиеся во времени, со стабильными реологическими свойствами и вязкостью по Муни, выше, чем вязкость используемой резиновой смеси.
2. При содержании комбинации диафена ФП и диафена ФФ в пасте, равном 30% и пластизоля ПВХ 50% оптимальной дозировкой для защиты резин от термоокислительного и озонного старения может явиться дозировка, равная 2,00 мас ч. на, 100 мас ч. каучука резиновой смеси.
3. Увеличение дозировки противостарителей свыше мас ч. на 100 мас ч. каучука приводит к повышению динамической выносливости резин.
4. Для резин на основе изопренового каучука, работающих в статическом режиме можно провести замену диафена ФП на противостарительную пасту П-9 в количестве 2,00 мас ч на 100 мас ч каучука.
5. Для резин, работающих в динамических условиях, замена диафена ФП возможна при содержании противостарителя 8-9 мас ч на 100 мас ч каучука.
6.
Список использованной литературы:

– Тарасов З.Н. Старение и стабилизация синтетических каучуков. – М.: Химия, 1980. – 264 с.
– Гармонов И.В. Синтетический каучук. – Л.: Химия, 1976. – 450 с.
– Старение и стабилизация полимеров. /Под ред. Козминского А.С. – М.: Химия, 1966. – 212 с.
– Соболев В.М., Бородина И.В. Промышленные синтетические каучуки. – М.: Химия, 1977. – 520 с.
– Белозеров Н.В. Технология резины: 3-е изд.перераб. и доп. – М.: Химия, 1979. – 472 с.
– Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Климов Н.С. Общая технология резины: 3-е изд.перераб. и доп. – М.: Химия, 1968. – 560 с.
– Технология пластических масс. /Под ред. Коршака В.В. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Химия, 1976. – 608 с.
– Кирпичников П.А., Аверко-Антонович Л.А. Химия и технология синтетического каучука. – Л.: Химия, 1970. – 527 с.
– Догадкин Б.А., Донцов А.А., Шертнов В.А. Химия эластомеров. – М.: Химия, 1981. – 372 с.
– Зуев Ю.С. Разрушение полимеров под действием агрессивных сред: 2-е изд.перераб. и доп. – М.: Химия, 1972. – 232 с.
– Зуев Ю.С., Дегтярева Т.Г. Стойкость эластомеров в эксплутационных условиях. – М.: Химия, 1980. – 264 с.
– Огневская Т.Е., Богуславская К.В. Повышение атмосферостойкости резин за счет введения озоностойких полимеров. – М.: Химия, 1969. – 72 с.
– Кудинова Г.Д., Прокопчук Н.Р., Прокопович В.П., Климовцова И.А. // Сырье и материалы для резиновой промышленности: настоящее и будущее: Тезисы докладов пятой юбилейной Российской научно-практической конференции резинщиков. – М.: Химия, 1998. – 482 с.
– Хрулев М.В. Поливинилхлорид. – М.: Химия, 1964. – 325 с.
– Получение и свойства ПВХ /Под ред. Зильбермана Е.Н. – М.: Химия, 1968. – 440 с.
– Рахман М.З., Изковский Н.Н., Антонова М.А. //Каучук и резина. – М., 1967, №6. – с. 17-19
– Abram S.W. //Rubb. Age. 1962. V. 91. №2. P. 255-262
– Энциклопедия полимеров /Под ред. Кабанова В.А. и др.: В 3-х т., Т. 2. – М.: Советская энциклопедия, 1972. – 1032 с.
– Справочник резинщика. Материалы резинового производства /Под ред. Захарченко П.И. и др. – М.: Химия, 1971. – 430 с.
– Тагер А.А. Физикохимия полимеров. Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: Химия, 1978. – 544 с.

Насколько долго прослужат автомобильные шины, зависит от эксплуатации, технического состояния автомобиля и вашего стиля управления. Профессиональное техническое обслуживание и постоянные проверки обеспечат безопасное движение.

Шины напрямую контактируют с дорогой, поэтому очень важно поддерживать качество шин в нормальном состоянии, ведь именно от их качества зависит безопасность, экономичность топлива и комфорт. Необходимо не только правильно подбирать шины, но и следить за их состоянием для предупреждения их преждевременного старения и износа.

Основные причины повреждения и износа автомобильных шин

Неприятных сюрпризов на дороге, которые в итоге приводят к повреждению и износу шин, всегда предостаточно: камни, ямы, стекло. Их мы не можем ни предусмотреть, ни предотвратить. Но вот проблемы, возникающие из-за большой скорости, давления воздуха и перегрузки, полностью зависят от владельца автомобиля и вполне решаемы.

1. Движение с большой скоростью

Внимательно следите за скоростным режимом! При движении на большой скорости риск повреждения и износа шин наиболее вероятен, ведь шины сильнее нагреваются, и быстрее теряется давление в них.

2. Давление воздуха в шинах

Избыточное и недостаточное давление в шинах снижает срок использования шин и приводит их к преждевременному износу (перегрев шины, снижение уровня сцепления с дорожным покрытием), поэтому необходимо контролировать достаточное давление в шинах.

3. Перегрузка

Следуйте рекомендациям производителей относительно нагрузки! Чтобы избежать перегрузки шин, внимательно изучите на боковине шины индекс нагрузки. Это максимальное значение, и превышать его не нужно. При перегрузке также происходит сильный перегрев шины, а соответственно, ее преждевременное старение и износ.

Как уберечь шины от преждевременного старения и износа

Даже самые качественные и дорогие шины недолговечны. Износ и старение шины - лишь дело времени, но в наших силах увеличить сроки использования шин до максимума. Что же сделать, чтобы продлить жизнь шинам и уберечь их от износа? Вот несколько простых советов:

Когда нужно поменять шины?

Еженедельная проверка шин (осмотр глубины протектора, давления воздуха в шинах, имеющихся повреждений на боковинах шин, появление следов неравномерного износа) позволяет реально оценить степень износа и старения шин. Если в вашу голову закрались сомнения в безопасности использования шин, то обратитесь к опытному специалисту для консультации по поводу дальнейшей эксплуатации.

Шина подлежит замене в случае:

Срок службы шин

Сроки службы шин сильно отличаются, поэтому предугадать, сколько будет служить та или иная шина, практически невозможно. В состав шины входят различные ингредиенты и материалы резиновой смеси, влияющие на сроки эксплуатации. Погодные условия, условия использования и хранения также могут продлить или сократить срок службы шин. Поэтому чтобы увеличить сроки эксплуатации шин, уберечь их от износа и старения, следите за их внешним видом, поддержанием давления в шинах, появлением следующих эффектов: шум, вибрация или увод в сторону автомобиля при движении, и конечно, правильно храните их.

Правила хранения автомобильных шин

Даже если шины лежат и не используются или используются редко, они стареют. Желательно не хранить ненакачанные или демонтированные шины долгое время в штабелях. Также нельзя хранить на шинах какие-либо посторонние, особенно тяжелые предметы. Избегать нахождения рядом с шинами раскаленных предметов, пламени, искрообразующих источников и генераторов. При взаимодействии с шинами рекомендуется пользоваться защитными перчатками.

Шины хранятся в сухом помещении с хорошей вентиляцией, с постоянной поддерживаемой температурой, которое защищено от осадков и воздействия прямых солнечных лучей. Во избежание изменения структуры резины не храните рядом с шинами химические средства и растворители. Избегайте хранения вблизи шин острых металлических, деревянных и других предметов, которые могут их повредить. Чёрная резина боится переизбытка тепла и мороза, а чрезмерная влажность приводит к ее старению. Шины нельзя мыть под сильной водяной струей, достаточно мыла или специального средства.

Из всего сказанного напрашивается вывод, что сберечь шины от износа и старения поможет правильное хранение, эксплуатация и всесторонняя проверка их состояния.

Вокруг возраста или "старения" шин всегда ходили споры и разногласия. В некоторых странах даже были требования к производителям, чтобы они печатали на резине крайнюю дату использования, как на продуктах питания. В некоторых штатах Америки, при покупке дается брошюра с описанием возможных проблем, если шины долго не менять.

Химический процесс, который вызывает старение старение резины, называется оксидизация. При постоянном контакте с кислородом, резина начинает сохнуть, и становится более жесткой, что выражается в трещинах на поверхности. Что самое интересное, стареть шина начинает с внутренних слоев каркаса, а не снаружи. Вследствие затвердения элементов состава, начинается процесс деламинации, когда фрагменты резины отслаиваются от кордовых слоев.

Скорость старения определяется четырьмя основными факторами.

Качество изоляционного слоя. Тонкий слой изнутри шины, сделан из бутил-каучука, и предназначен для того чтобы воздух закаченный в колеса, не выходил наружу. Но все равно какой то процент кислорода будет просачиваться через этот слой, вызывая химическую реакцию с внутренними слоями.

Давление воздуха. Воздействие оксидизации усиливается, пропорционально давлению воздуха, чем больше, тем быстрее. То есть, накаченная резина будет стареть гораздо быстрее чем сдутая.

Температура. Высокая температура усиливает реактивность кислорда, тем самым ему легче просачиваться через уплотнительный слой резины и легче взаимодействовать с внутренними слоями протектора.

Частота использования. Во время движения, под давлением центробежной силы, смазочный материал внутри шины обращается через систему микропор, то есть приходит в движение. Таким образом, "промасливая" резину. Когда колеса простаивают, этого не происходит и они начинают сохнуть быстрее.

Немецкий ADAC рекомендует менять шины каждые 6 лет, несмотря на внешний вид. В 1990 году группа производителей BMW, Volkswagen, Mercedes-Benz, General Motors сделали совместное заявление о том что шины старше 6 лет не рекомендуются к использованию. В 2005 году Daimler/Chrysler заявил, что рекомендует внимательно инспектировать шины через 5 лет, и производить замену через 10. Позже, рекомендацию поддержали компании Michelin и Continental.

Американцы изучили автомобильные страховые иски, касательно проблем с колесами, и вывели одну интересную закономерность. 77% всех страховых обращений были сделаны в пяти самых южных штатах, и в 87% из всех этих случаев, шины были старше 6 лет. Что косвенно подтверждает негативное воздействие высоких температур в течение долгого времени.

Так же была отслежена тенденция, что шины с высоким индексом скорости теряют свои кондиции медленнее. Стоит также сказать, что старые шины больше подвержены неравномерному износу , особенно это касается летних шин для легковых автомобилей.

Если шины на вашем авто старше 6 лет, это не значит что их обязательно следует менять. Просто внимательно осмотрите их на предмет трещин на боковинах, если таковые появились это сигнал к тому, что пора искать новые или б у шины. По информации сайта Шинкомплект , в последнее время, продажи подержанных колес в мире растут, в связи с плохой экономической ситуацией.

Особенно быстро стареют и высыхают запасные колеса для джипов, которые висят на двери багажника в накаченном состоянии и под прямыми солнечными лучами летом. Если шины хранятся в спущенном состоянии и в помещении защищенным от солнца, то они дольше сохраняют свои кондиции.

Озонное старение , озонное растрескивание (ozone cracking, Ozonri βbildung, vieillissement а l, ozone ) -это растянутых резин под действием озона. Озонное старение – это один из видов так называемого коррозионного растрескивания , которое наблюдается при действии химически или физически активных сред на напряженные материалы (например, аммиака на латунь, детергентов на , кислот или щелочей на резины из полисулъфидных каучуков, HF на резины из кремнийорганических каучуков). Растягивающие напряжения возникают в резинах при статическом или динамическом одномерном или двумерном растяжении или при деформации сдвига.

Для того чтобы произошло озонное старение, достаточно присутствия даже следов озона, который всегда содержится в атмосфере (2-6)·10 -6 % ; (здесь и далее указана объемная концентрация озона) и, кроме того, может образоваться в определенных условиях в закрытых помещениях. Основная причина присутствия озона в атмосфере - воздействие коротковолновой части солнечной радиации на кислород воздуха.

Озон образуется также в результате фотохимического окисления содержащихся в воздухе органических примесей с участием двуокиси азота. Особенно интенсивно этот процесс протекает в больших городах, где загрязнение воздуха выхлопными газами двигателей обусловливает высокую концентрацию озона [до (50-100)·10 -6 % ] .

В закрытых помещениях озон может образоваться под действием УФ -света, γ -лучей, рентгеновских лучей, при электрических разрядах, а также при окислении органических соединений.

Механизм озонного старения

Механизм озонного старения заключается в резком ускорении разрушения напряженных резин, обусловленном присоединением озона по кратным связям макромолекул каучука: Напряжение, которое возникает в резине при малых деформациях, способствуя деструкции макромолекулы и препятствуя рекомбинации макрорадикалов, ускоряет появление и разрастание микротрещин, первоначально направленных вдоль оси растяжения. Разрыв слабых перемычек между этими микротрещинами приводит к возникновению видимых глазом поперечных трещин. При больших деформациях (сотни процентов) трещины по мере их роста остаются продольными, так как вследствие эффекта ориентации перемычки между трещинами приобретают большую прочность.

Кинетика озонного старения полимерных материалов

При статическом напряжении σ (или деформации ε ) в процессе озонного старения можно выделить 2 основные стадии озонного старения:

1. индукционный период τ и , окончание которого практически совпадает с моментом появления трещин;
2. период развития видимых трещин τ вт , которое происходит в основном на стадии стационарной скорости их роста τ ст (рисунок 1).

С ростом напряжения его разрушающее действие увеличивается, но развивающаяся одновременно ориентация макромолекул приводит к упрочнению полимера, что затрудняет его дальнейшее разрушение. Поскольку в первой стадии озонного старения , происходящего на поверхности резины, разрушающая роль напряжения усиливается из-за возрастания доли свежей, вновь образованной поверхности, то τ и обычно монотонно уменьшается с ростом ε (рисунок 1 ). В развитии трещин в глубине образца состояние его поверхности не играет роли; на этой стадии озонного старения в большей степени проявляется ориентационное упрочнение , в связи с чем скорость роста трещин проходит через максимум в области так называемой критической деформации ε кр (рисунок 2 ).

Время до разрыва τ р = τ и + τ вт зависит от σ (или ε ) так же, как τ и (рисунок 1 ), или проходит через минимум в области ε кр (при больших деформациях - через максимум, обусловленный исчерпанием эффекта ориентационного упрочнения (рисунок 2 ). Первая зависимость, характерная для озоностойких резин, наблюдается в том случае, когда τ р определяется продолжительностью τ и (τ и /τ р ≈1 ), вторая - если τ р определяется продолжительностью периода τ вт (τ и / τ р <<1).

Значение ε кр определяется двумя факторами: степенью уменьшения τ р с ростом σ и степенью увеличения τ р с развитием эффекта ориентации.

Факторы, влияющие на скорость озонного старения

Межмолекулярное взаимодействие

Увеличение , затрудняя ориентацию макромолекул при деформации и способствуя повышению долговечности резин, может привести к сдвигу ε кр в сторону ее больших значений. Такая зависимость наблюдается, в частности, в ряду ненаполненных вулканизатов следующих полимеров:

натуральный каучук < гуттаперча < хлоропреновый каучук.

Значение ε кр возрастает также и при введении активных наполнителей в каучуки со сравнительно слабо выраженным межмолекулярным взаимодействием. Так, при увеличении количества газовой канальной сажи в натуральном каучуке от 0 до 90 маcсовых частей ε кр возрастает от 15 до 50% . В случае значительного уменьшения межмолекулярных взаимодействий (например, при введении дибутилфталата в хлоропреновый каучук) значение ε кр резко уменьшается. Изменением межмолекулярного взаимодействия объясняется также влияние на значение ε кр температуры, и других факторов.

Характер и частота деформаций

В сравнении со скоростью озонного при статических деформациях , при многократных деформациях с постоянной частотой может наблюдаться как ускорение озонного старения (в резинах из бутадиен-нитрильных каучуков), так и его замедление (в резинах из натурального каучука).

В некоторых резинах с увеличением частоты деформации проявляется релаксационное упрочнение , приводящее к уменьшению озонного старения. В области малых частот (до 100 колебаний в минуту) наибольшая скорость озонного старения большинства резин наблюдается при частоте 10 колебаний в минуту. Резины, содержащие воскообразные вещества, слой которых на поверхности резины при многократных деформациях легко разрушается, значительно сильнее подвержены в этих условиях озонного старения, чем при статических деформациях.

Концентрация озона

Уменьшение концентрации озона С резко замедляет озонное старение, причем вплоть до его атмосферных концентраций сохраняется зависимость τ = kС -n , где k и n - постоянные, а τ может быть как τ и , так и τ р . В случае больших τ (годы) применение этой зависимости осложняется изменением условий экспозиции резин (релаксация напряжения, миграция на поверхность резин антиозонантов и др.), оказывающих влияние на значения k и n .

Концентрация озона не влияет на положение ε кр и значение энергии активации озонного старения. Последняя очень мала (десятки кдж/моль, или несколько ккал/моль) и, следовательно, изменение скорости озонного старения с температурой обусловлено главным образом изменением подвижности макромолекул. Это подтверждается тем, что скорость разрастания трещин подчиняется уравнению Вильямса - Лэндела - Ферри (см. Вязкотекучее состояние), описывающему релаксационные процессы.

Влияние температуры, влаги и солнечного излучения на скорость озонного старения

Понижение температуры приводит к резкому замедлению озонного старения; в условиях испытаний при постоянном значении ε озонное старение практически прекращается при температурах, на 15-20 °С превышающих температуру стеклования полимера.

Солнечное излучение сильно ускоряет озонное старение вследствие фотоокисления резины , сопровождающегося деструкцией макромолекул, увеличения подвижности макрорадикалов, а также в результате общего повышения температуры резины. Влага , сорбируясь сравнительно гидрофильными резинами (например, из натурального или хлоропренового каучука) и способствуя более равномерному распределению напряжений на их поверхности, несколько замедляет озонное старение этих резин.

Озоностойкость резин (классификация резин по озоностойкости)

Способность резин сопротивляться озонному старению существенно зависит от типа каучука.

По стойкости к озонному старению (в условиях статической деформации до 50%) резины на основе различных каучуков можно условно разделить на четыре группы:

• Особо стойкие резины не разрушаются в течение длительного времени (годы) при атмосферных концентрациях озона и устойчивы более 1 часа при концентрациях O 3 порядка 0,1 - 1%. Такими свойствами обладают резины на основе насыщенных каучуков - фторсодержащих, этилен-пропиленовых, полиизобутилена, хлорсульфированного полиэтилена и, в меньшей степени, резины из кремнийорганического каучука; последние разрушаются веществами кислого характера, легко образующимися в присутствии озона.
• Стойкие резины не разрушаются в течение нескольких лет в атмосферных условиях и устойчивы более 1 ч при концентрациях O 3 около 0,01% . К этой группе относятся резины на основе каучуков, слабо взаимодействующих с озоном вследствие небольшого содержания в них кратных связей (например, резины из бутилкаучука) или благодаря присутствию связей, мало активных к озону (например, резины из уретановых и полисульфидных каучуков), а также резины из хлоропреновых каучуков, стабилизированных антиозонантами.
• Умеренно стойкие резины устойчивы в атмосферных условиях от нескольких месяцев до 1-2 лет, а при концентрациях O 3 около 0,001% - более 1 часа. В эту группу входят резины из нестабилизированного хлоропренового каучука и из других ненасыщенных каучуков (натурального, синтетического изопренового, бутадиен-стирольных, бутадиен-нитрильных), содержащих антиозонанты . Большая стойкость хлоропренового каучука к озонного объясняется особенностями его физической структуры (легкой кристаллизуемостью, сильными межмолекулярными полярными взаимодействиями), обусловливающими образование тупоугольных, округлых, медленно растущих трещин.
• Нестойкие резины устойчивы в атмосферных условиях от нескольких дней до 1 месяца, а при концентрациях O 3 - 0,0001% - более 1 часа. К нестойким относят резины из нестабилизированных каучуков предыдущей группы, за исключением резин из хлоропренового каучука. Повышение стойкости резин этой группы к озонному старения достигается введением в них антиозонантов и восков , нанесением на резины озоностойких покрытий из хлоропренового каучука, хлорсульфированного полиэтилена и др., химической обработкой (например, гидрированием) поверхности резин для уменьшения содержания в макромолекулах ненасыщенных связей, а также изменением конструкции изделий с целью снижения в условиях их эксплуатации растягивющих напряжений.

О способах защиты резин от озонного старения см. также Антиозонанты.

Помимо типа каучука, на стойкость резин к озонному старению влияет состав резиновых смесей. Так, в условиях испытаний при одинаковой деформации ε значения τ и и τ р для резин, содержащих наполнители и пластификаторы , будут меньше, чем для ненаполненных.

Ухудшение озоностойкости обусловлено следующими причинами:

• ростом напряжения, связанным с введением наполнителей,
• снижением прочностных свойств резин вследствие введения пластификаторов.

Стойкость резин к озонному старению оценивают по изменению следующих характеристик растянутых образцов:

1)степени растрескивания (для этого по фотографиям образцов составляют условную 4-, 6- или 10-балльную шкалу);

2)времени до появления трещин τ и ;

3)времени до разрыва τ р .

За кинетикой развития трещин удобно следить по спаду усилия Р в растянутом озонируемом образце. При этом τ р соответствует моменту, когда Р = 0 .

Испытание в среде озона - эффективный метод исследования долговечности резин при малых деформациях (десятки процентов), характерных для условий эксплуатации большинства резиновых изделий. Результаты испытаний при повышенных концентрациях озона позволяют также прогнозировать резин, нестойких к действию озона, поскольку в этом случае долговечность определяется сопротивляемостью резин озонному старению.

Список литературы: Зуев Ю. С, Разрушение полимеров под действием агрессивных сред, 2 изд., М., 1972. Ю. С. Зуев,