07 марта 2016г.
Введение волокнистых наполнителей в резиновую смесь положительно влияет на ряд специальных свойств. Например, для повышения сопротивления истиранию и стойкости к действию химически агрессивных сред, жесткости и т.д. [1] Одним из распространенных волокнистых наполнителей применяемых для разработки ЭВК являются углеродные волокна (УВ). Однако, УВ обладают химической инертностью и имеют гладкую неразвитую поверхность, что обуславливает недостаточную прочность связи между УВ и эластомерной матрицей и, как следствие, приводят к снижению усиливающей способности [2-4].
Для повышения адгезии волокон к матрице и улучшения распределения в эластомерной смеси в состав композиции вводят специальные химические добавки или проводят предварительную поверхностную модификацию волокна специальными составами. В представленной работе приведены результаты исследования влияния малого количества углеродных волокон, в том числе и с модифицированной поверхностью на свойства вулканизатов на основе промышленной резины В-14. Модифицирование поверхности волокон проводилось способом каталитического пиролиза углеводородов на нанесенных частицах катализатора в Институте катализа СО РАН. Для исследования влияния углеродных волокон на свойства резины В-14 изготовлены резиновые смеси лабораторных вальцах Polymix 110L фирмы «Брабендер» (Германия) [5-7].
Исследование физико-механических свойств вулканизатов показало, что введение углеродных волокон повышает физико-механические показатели резины (Табл.1). Установлено, что при добавлении углеродного волокна в резину В-14 относительное удлинение при разрыве повышается. В таблице видно, что у модифицированных углеродным волокном композитов условная прочность выше, по сравнению с исходной резиной В-14.
Установлено, что при добавлении 0,05 массовых частей волокна твердость по Шору А уменьшается, при 0,1 и 0,5 м.ч. твердость по Шору А увеличивается. Разброс данных степени набухания в среде СЖР-3 можно объяснить неравномерностью распределения углеродных волокон в эластомерной матрице.
Исследование износостойкости эластомерных композитов показало, что у эластомерных композитов с углеродным волокном массовый износ ниже, чем у исходной резины. Наименьший износ наблюдается у композита с 0,1 м.ч. модифицированного углеродного волокна.
Таблица 1
Свойства эластомерных композитов на основе промышленной резины В-14
Свойства
|
Композиты на основе резины В-14 и углеродного волокна (В скобках указаны м.ч. волокна на 100 м.ч. резины)
|
1
|
2(0,05)
|
3(0,1)
|
4(0,5)
|
5(0,05)
|
6(0,1)
|
7(0,5)
|
ɛр, %
|
215,1
|
256,3
|
231,4
|
237,4
|
242,4
|
245,0
|
223,3
|
f, МПа
|
8,8
|
9,4
|
8,9
|
9,1
|
9,1
|
9,3
|
9,0
|
Н, Шор А
|
74
|
74
|
75
|
74
|
74
|
74
|
75
|
∆Q, %
|
1,28
|
1,16
|
0,87
|
1,46
|
1,38
|
1,27
|
0,7
|
∆m, г
|
0,247
|
0,197
|
0,200
|
0,208
|
0,196
|
0,208
|
0,214
|
Изменение свойств после выдержки в СЖР-3 при Т=100о С в течение 72ч.
|
ɛр, %
|
-7,4
|
-14,0
|
-11,4
|
-26,7
|
-17,1
|
-23,5
|
-22,7
|
f, МПа
|
+4,0
|
+0,9
|
+3,9
|
-2,3
|
+2,3
|
-0,4
|
+2,1
|
∆Н
|
-3,4
|
-4,4
|
-4,5
|
-3,7
|
-3,7
|
-4,2
|
-4,0
|
Изменение свойств после выдержки на воздухе при Т=100оС в течение 72ч.
|
ɛр, %
|
-42,2
|
-47,6
|
-44,6
|
-50,5
|
-43,4
|
-41,2
|
-40,0
|
f, МПа
|
+29,7
|
+24,5
|
+26,3
|
+29,6
|
+22,0
|
+23,4
|
+25,1
|
∆Н
|
+10,5
|
+11,0
|
+9,5
|
+11,0
|
+10,0
|
+10,2
|
+10,5
|
ɛр, %- относительное удлинение при разрыве; f, МПа- условная прочность при разрыве; Н, Шор А- твердость по Шору А; ∆Q, %- степень набухания в среде СЖР-3, ∆ɛр, % - изменение относительного удлинения при разрыве после выдержки; ∆f, МПа- изменение условной прочности при разрыве после выдержки; ∆Н, Шор А (усл. ед.) – изменение твердости по Шору А после выдержки.
В Табл.1 также приведены результаты исследования эластомерных композитов после выдержки на воздухе и в среде агрессивной жидкости СЖР-3. Видно, что прочность при разрыве у образцов с углеродными волокнами после выдержки в среде СЖР-3 меньше, т.е. введение волокон привело к улучшению агрессивостойкости. Однако, изменение относительного удлинения при разрыве при введении волокон становится больше. Твердость по Шору А меняется незначительно. Исследование свойств после термического воздействия при 100оС в течение 72 ч. показало, что образцы с модифицированным углеродным волокном более термостойкие и лучше сохраняют свои свойства.
Исследование структуры эластомерных композитов показало, что на поверхности модифицированного волокна наблюдается слой эластомера (Рисунок 1б), что является признаком повышенной адгезии.
Выводы:
1.
Установлено, что введение в резину
В-14 углеродного волокна (УВ) приводит к повышению относительного удлинения до 40%. Прочность при разрыве
меняется незначительно.
2. Установлено, что при введении углеродного волокна в эластомерную матрицу
в количестве 0,05, 0,1 и 0,5 м.ч. твердость
по Шору А не меняется,
а износостойкость эластомерных композитов повышается.
3. Установлено, что введение углеродных волокон положительно влияет на термическую стойкость резины В-14. После термического воздействия при 100оС в течение
72 ч., образцы с модифицированным углеродным волокном
лучше сохраняют свои свойства.
4. Структурное исследование образцов эластомерных композитов показало, что применение модифицирования поверхности углеродных волокон
повышает адгезию между волокном и эластомерной матрицей, что приводит к улучшению
свойств.
Работа выполнена
при
финансовой
поддержке
РФФИ
в
рамках
научного проекта № 16-33-60070 «Исследование влияния наполнителей на деформационные свойства полимерных композиционных материалов в нанометровом диапазоне» и ГЗ №11.512.2014/К «Разработка технологий создания структурированных полимерных композитов с адаптивными к условиям
эксплуатации свойствами».
Список литературы
1.
Резниченко С.В., Морозова Ю.Л. Большой справочник резинщика. Ч. 1. Каучуки
и ингредиенты. –М.: ООО
«Издательский центр «Техинформ» МАИ», 2012, 673 с.
2.
Wu W.L., Li J.K. Study on Carbon Fiber
Reinforced Chloroprene Rubber Composites. Advanced Materials Research, 2014, vol. 1052, pp. 254-257.
3.
Жарова И.В., Ягнятинская С.М., Воюцкий С.С. Свойства
и области применения резин,
наполненных короткими волокнами. Каучук и резина, 1977. №3, с.33-35.
4. Никулин С.С., Пугачева И.Н., Черных О.Н. Композиционные материалы на основе бутадиен-стирольных каучуков.
–М.: Академия Естествознания, 2008,
5.
Соколова М.Д., Шадринов
Н.В., Дьяконов А.А. Исследование распределения сверхвысокомолекулярного полиэтилена в полимерэластомерном композите. Научный журнал КубГАУ, 2013, №89(05), http://ej.kubagro.ru/2013/05/pdf/08.pdf.
6.
Шадринов Н.В., Капитонов Е.А. Влияние
активации технического углерода на свойства
бутадиен- нитрильной резины. Перспективные материалы, 2014. №8,
c. 50-56.
7.
Соколова М.Д., Давыдова М.Л., Шадринов
Н.В. Технологические приемы, обеспечивающие повышенную структурную активность цеолита в полимерэластомерных композициях // Каучук и резина – 2010.-
№6. -С. 16-20