Главная страница
Навигация по странице:

  • Ингредиенты эластомерных материалов и их назначение.

  • Стеариновая кислота (С

  • Наименование показателя Норма

  • Сульфенамид Ц

  • Таблица №2. Технические характеристики


  • Тиурам Д (

  • Ацетонанил (2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин)

  • Оксид цинка

  • Технический углерод П367Э(

  • Сера (S) Внешний вид простого вещества: Светло-жёлтое порошкообразное вещество Температура плавления

  • Термодинамические свойства простого вещества

  • Использованная литература

  • Ингредиенты вулканизации эластомерных материалов и их назначение


    Скачать 170.85 Kb.
    НазваниеИнгредиенты вулканизации эластомерных материалов и их назначение
    АнкорIngredienty22.docx
    Дата13.03.2019
    Размер170.85 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаIngredienty22.docx
    ТипРеферат
    #25732



    Реферат на тему:

    Ингредиенты вулканизации эластомерных материалов и их назначение.

    ХЕБВ-01-11

    Шульженко М.Г.
    Вулканизация, технологический процесс резинового производства, при котором пластичный «сырой» каучук превращается в резину. При вулканизации повышаются прочностные характеристики каучука, его твёрдость, эластичность, тепло- и морозостойкость, снижаются степень набухания и растворимость в органических растворителях. Сущность вулканизации — соединение линейных макромолекул каучука в единую «сшитую» систему, так называемую вулканизационную сетку. В результате вулканизации между макромолекулами образуются поперечные связи, число и структура которых зависят от метода вулканизации. При вулканизации некоторые свойства вулканизуемой смеси изменяются со временем не монотонно, а проходят через максимум или минимум. Степень вулканизации, при которой достигается наилучшее сочетание различных физико-механических свойств резин, называется оптимумом вулканизации.

      Вулканизации подвергается обычно смесь каучука с различными веществами, обеспечивающими необходимые эксплуатационные свойства резин (наполнители, например сажа, мел, каолин, а также мягчители, противостарители и др.).

      В большинстве случаев каучуки общего назначения (натуральный, бутадиеновый, бутадиен-стирольный) вулканизуют, нагревая их с элементарной серой при 140—160°С (серная вулканизация). Образующиеся межмолекулярные поперечные связи осуществляются через один или несколько атомов серы. Если к каучуку присоединяется 0,5—5% серы, получается мягкий вулканизат (автомобильные камеры и покрышки, мячи, трубки и т.д.); присоединение 30—50% серы приводит к образованию жёсткого неэластичного материала — эбонита. Серная вулканизация может быть ускорена добавлением небольших количеств органических соединений, так называемых ускорителей вулканизациикаптакса, тиурама и др. Действие этих веществ в полной мере проявляется только в присутствии активаторовокислов металлов (чаще всего окиси цинка). В промышленности серную вулканизацию производят нагреванием вулканизуемого изделия в формах под повышенным давлением или же в виде неформовых изделий (в «свободном» виде) в котлах, автоклавах, индивидуальных вулканизаторах, аппаратах для непрерывной вулканизации и др. В этих аппаратах нагревание осуществляют паром, воздухом, перегретой водой, электричеством, токами высокой частоты. Формы обычно помещают между обогреваемыми плитами гидравлического пресса. Вулканизация с помощью серы была открыта Ч. Гудьиром (США, 1839) и Т. Гэнкоком (Великобритания, 1843). Для вулканизации каучуков специального назначения применяют органические перекиси (например, перекись бензоила), синтетические смолы (например, феноло-формальдегидные), нитро- и диазосоединения и другие; условия процесса те же, что и для серной вулканизации.
    Ингредиенты эластомерных материалов и их назначение.
    Натуральные, синтетические каучуки и латексы в чистом виде или в виде невулканизованных смесей не находят большого применения.

    На практике применяются главным образом вулканизованные резиновые смеси-резины. Для придания резинам требуемых свойств каучуки смешивают с органическими или неорганическими, сыпучими или жидкими веществами и подвергают их затем вулканизации. Все эти вещества объединяют общим названием ингредиенты, что в переводе с латинского языка означает «входящие в состав».
    Основные компоненты резиновых смесей в зависимости от их назначения делят на следующие группы:

    • каучуки и регенерат;

    • вулканизующие вещества;

    • ускорители вулканизации;

    • активаторы вулканизации;

    • противостарители;

    • пластификаторы;

    • наполнители активные (увеличивающие прочность вулканизатов) и неактивные;

    • компоненты специального назначения: парообразующие, замедлители подвулканизации, абразивные вещества, красители и др.;

    • вспомогательные материалы (например, опудривающие).

    Кроме того, применяются вещества, которые облегчают обработку или изготовление резиновых смесей – диспергаторы ингредиентов, активаторы пластикации каучука, вещества, повышающие клейкость смесей.

    Большинство ингредиентов изменяют свойства не только вулканизатов, но и резиновых смесей и влияют, таким образом, на их поведение в производственных процессах.
    Ингредиенты, улучшающие перерабатываемость резиновых смесей, давно

    использовались в резиновой промышленности. К ним относят в основном жидкие

    и термопластичные пластификаторы. Однако, оказывая положительное действие

    на технологические свойства смесей, они отрицательно влияют на

    эксплуатационные характеристики резин.

    Для решения этих проблем и используются нетрадиционные вещества –

    технологические добавки, позволяющие направленно регулировать

    технологические свойства резиновых смесей. За рубежом такие добавки широко

    применяются. Добавки позволяют не только направленно регулировать свойства

    готовой продукции и улучшить переработку полимерных композиций, но и

    повысить срок службы и атмосферостойкость изделий, получать изделия с

    декоративной поверхностью, имитирующей природные материалы, улучшить

    адгезионную связь с армирующими материалами.
    Стеариновая кислота (С17Н35СООН)
    Таблица №1. Технические характеристики

    Наименование показателя

    Норма

    Внешний вид

    Белые хлопья или порошок со слегка желтоватым оттенком без механических примесей

    Прозрачность при температуре 70°С

    Прозрачная

    Йодное число, г J2 /100г,

    не более 32,0

    Массовая доля неомыляемых веществ, %,

    не менее 0,7

    Температура застывания, °С,

    не ниже 53

    Кислотное число, мг КОН/г

    192 – 210

    Массовая доля влаги, %,

    не более 0,2

    Массовая доля золы, %,

    не более 0,02


    Стеариновая кислота одноосновная карбоновая кислота алифатического ряда, растворима в диэтиловом эфире. Не имеет запаха. Молекулярная масса 248,48 г/моль, плотность 0,94 г/мл, температура плавления стеариновой кислоты составляет 69,6°С, а температура кипения 376,1°С.

    В промышленных условиях кислоту получают путем гидролитического расщепления гидрогенизированного жира и растительных масел.
    Стеариновая кислота полифункциональна и в небольших дозировках (до 4-5 масс.ч.) в резинотехнической промышленности используется в качестве:

    • активатора ускорителей вулканизации;

    • диспергатора наполнителей резиновых смесей;

    • мягчителя (пластификатора).


    При непосредственном введении в каучук стеариновая кислота улучшает распределение ингредиентов и обрабатываемость резиновых смесей. Склонность стеарина к миграции способствует снижению клейкости резиновых смесей.
    Стеариновая кислота вводится непосредственно в каучук и используется

    практически во всех резинах на основе натурального и синтетического

    каучуков. Стеариновая кислота регулирует и стабилизирует процесс

    вулканизации, особенно в присутствии оксидов металлов (Mg, Ca, Zn, Cd и

    т.д.).

    При температуре вулканизации стеариновая кислота взаимодействует с

    оксидами металлов и ускоряет переход ускорителей вулканизации в комплексные

    соединения, обладающих большей растворимостью в каучуке, чем исходные

    продукты. Стеариновая кислота является также источником атомов водорода,

    которые принимают участие в протекающих при вулканизации радикальных

    реакциях.

    Отрицательным свойством стеариновой кислоты является ее

    незначительная растворимость в каучуке, в результате чего она выцветает из

    резиновых смесей, снижая клейкость. Это следует учитывать, особенно при

    изготовлении изделий, сборка которых осуществляется до вулканизации.

    Считается, что причиной выцветания является примесь олеиновой кислоты,

    которая обычно присутствует в торговых сортах стеариновой кислоты. С

    очищенной кислотой такого не происходит. В связи с этим при предъявлении

    высоких требований к качеству стеариновой кислоты, содержание в ней

    олеиновой кислоты должно быть по возможности минимальным.

    Немаловажное влияние на свойства вулканизатов оказывают физико-

    химические характеристики стеариновой кислоты, Причиной исследования

    влияния физико-механических характеристик стеариновой кислоты на свойства

    резиновых смесей и вулканизацию послужили отмеченные в производстве случаи

    различия свойств резиновых смесей, содержащих стеариновую кислоту различных

    производителей. Физико-химический анализ стеариновой кислоты этих партий

    позволил установить различия в йодном числе (1,8-17,3 J2/100гр кислоты),

    характеризующем непредельность продукта, при практическом постоянстве

    других показателей.

    При составлении рецептов нужно учитывать реальное содержание

    стеариновой кислоты в эластомерах, т.к. получаемые резиновые смеси могут

    существенно различаться по вулкаметрическим и другим характеристикам.

    Известно, что стеариновая кислота в резиновых смесях играет роль

    диспергатора и вторичного активатора. Функция стеариновой кислоты как

    диспергатора обусловлена дифильностью ее молекулы и поверхностно –

    активными свойствами, что проявляется в смачивании частичек наполнителя и в

    снижении их контакта с каучуком. При этом процессе полярный остаток

    карбоксильной группы жирной кислоты RCOOH – ориентируется к поверхности

    частиц наполнителя, покрывая ее мономолекулярным слоем, в то время как

    длинная, углеводородная цепь ориентируется к поверхности молекулы каучука.

    Диспергирующая способность жирных кислот различна и частично зависит

    от их молекулярной массы. Обычно для диспергирования 30 об.ч. усиливающего

    технического углерода требуется не менее 2 масс.ч. стеариновой кислоты.

    Улучшение диспергирования технического углерода ведет к росту физико-

    механических показателей.

    Стеариновая кислота также улучшает технологические свойства резиновых

    смесей, особенно текучесть в процессе переработки, обеспечивает хорошую

    перерабатываемость на вальцах и выемку из вулканизационных форм.

    Присутствие непредельных фрагментов в стеариновой кислоте является

    нежелательным фактором. При изготовлении резиновых смесей необходимо

    тщательно контролировать непредельность стеариновой кислоты, во избежание

    возможной преждевременной вулканизации смесей и снижения физико-

    механических показателей готовых изделий.

    Непредельные соединения, по-видимому, попадающие в стеариновую

    кислоту при ее производстве, оказывают влияние на кинетику вулканизации резиновых смесей и физико-механических показателей

    вулканизатов. Данные кинетики вулкинизации резиновых смесей свидетельствуют о том, что с ростом йодного числа стеариновой кислоты проявляются тенденции к сокращению времени вулканизации (tс ) и увеличению скорости вулканизации (v).

    По-видимому, ростом скорости вулканизации при повышении

    непредельности стеарина можно объяснить увеличение условных напряжений при

    заданном удлинении и условной прочности, а также снижение относительных

    удлинений при малых временах вулканизации резиновых смесей. Однако после

    достижения оптимума вулканизации при одинаковом времени вулканизации с

    ростом йодного числа стеарина условная прочность, и относительное удлинение

    резин уменьшается, плато вулканизации сокращается.

    Можно предположить, что у резин со стеарином высокой степени

    непредельности формируется более дефектная вулканизационная сетка (условная

    прочность резин снижается с ростом степени непредельности стеариновой

    кислоты).

    Таким образом, присутствие непредельных фрагментов в стеариновой

    кислоте является нежелательным фактором. При изготовлении резиновых смесей

    необходимо тщательно контролировать непредельность стеариновой кислоты во

    избежание возможной преждевременной вулканизации смесей и снижения физико-

    механических показателей готовых изделий.
    Сульфенамид Ц

    (N-Циклогексил-2-бензтиазолилсульфеамид)


    Получают взаимодействием меркаптобензтиазола (МБТ) и соответствующего амина с окислением получившейся соли.
    Таблица №2. Технические характеристики

    Наименование показателя

    Норма по ТУ

    1. Внешний вид

    Цилиндрические гранулы от светло-кремового до светло-зеленого цвета, агломераты не допускаются

    2. Массовая доля пылевидного продукта (просев на сите с сеткой 014К), %, не более

    3,0

    3. Массовая доля остатка, нерастворимого в спирте, %, не более

    0,7

    4. Потеря массы при 60 ºС, %, не более

    0,5

    5. Температура плавления, ºС, не ниже

    98

    6. Массовая доля золы, %, не более

    0,3

    7. Механическая прочность гранул: массовая доля просева на сите с сеткой 09К после испытания, %

    0,6 — 6,0


    Свойства: Слабый запах. Удельный вес: 1,26-1,31. Растворяется в бензоле, этилацетате, хлороформе, дисульфиде углерода. Не растворяется в воде. Молекулярная масса = 264,41 г/моль



    Широко применяемый ускоритель вулканизации замедленного действия резиновых смесей, на основе натурального и синтетических каучуков диенового типа, бутилкаучука и полихлоропреновых. Активен при 135°С и выше. Применяется самостоятельно или в смеси с другими ускорителями, в частности тиурамами, в «эффективных» и «полуэффективных» системах вулканизации. Обеспечивает высокую стойкость резиновых смесей к скорчингу и быстрое достижение оптимума вулканизации. Дает вулканизаты с высоким значением разрушающего напряжения при растяжении и хорошей стойкостью к старению. Вызывает слабое окрашивание светлых смесей. При использовании сульфенамидных ускорителей получают вулканизаты с высокими значениями напряжений при определенных удлинениях, очень высокими прочностными, эластическими и динамическими свойствами, хорошим сопротивлением старению. Многослойные изделия отличаются высокой прочностью связи между элементами. Сульфенамиды имеют горький вкус и не пригодны для производства изделий, применяемых в пищевой промышленности. Их содержание в резиновых смесях составляет от 0,5 до 1,5 масс.ч. при содержании серы 1,5 – 3 масс.ч.

    Модификатор резиновых смесей, на основе натурального и синтетических каучуков (изопреновых, бутадиен-стирольных, хлоропреновых), а также синтетических каучуков, содержащих амидные и альдегидные группы. Применяется в шинной промышленности и промышленности резинотехнических изделий. Повышает устойчивость вулканизатов к различным видам деформаций и прочность связи в резинокордных системах как в статических, так и в динамических условиях, значительно снижает ползучесть вулканизатов.

    Сульфенамиды особенно широко применяются при вулканизации изделий в формах и в паровой среде, но не используются при вулканизации в воздушной среде. Находит широкое применение в производстве шин, труб, резинотехнических изделий, обуви, кабельной изоляции.


    Тиурам Д (Тетраметилтиурамдисульфид)
    тиурам д

    Получается окислением диметилдитиокарбамата, образующегося при взаимодействии диметиламина и сероуглерода в присутствии щелочи.

    Физические свойства: Порошок белого или желтовато-серого цвета. Без запаха, не ядовит. Раздражает кожу и дыхательные пути. Растворяется в бензоле, хлороформе, ацетоне, плохо растворяется в тетрахлориде углерода, этиловом спирте. Не растворяется в воде или бензине.  Температура плавления 155 ºС, плотность 1,29 г/мл. Стабилен. В виде тонкой взвешенной в воздухе пыли дает взрывоопасные смеси с воздухом. Молекулярная масса = 240,44 г/моль

    Тиурам Д (или ТМТД) -  это ускоритель  (катализатор) высокой активности и вулканизующее вещество. В зависимости от дозировки ускорителя, можно получать вулканизаты с высокими или низкими модулями. Требует введения окиси цинка и стеариновой кислоты.

    Можно проводить вулканизацию горячим воздухом при 110—120° С. Рекомендуемые температуры вулканизации 120—145° С. Дозировка 1,0—4,0 вес. ч. при 0—3,0 вес. ч. серы. Не изменяет цвета вулканизатов. Серосодержащие смеси с этим ускорителем склонны к подвулканизации при обработке и хранении.

    Одним из полезных свойств Тиурама Д является то, что он придает резинам хорошее сопротивление старению.

    Применяется как ускоритель и стабилизатор в резиновой промышленности. Может использоваться как самостоятельный ускоритель, как вторичный ускоритель или в качестве донора серы в отверждаемых серой эластомерах. Дает преждевременную вулканизацию и высокую скорость вулканизации. Приводит к превосходному плато вулканизации с хорошей стойкостью к термостарению и усадке при сжатии в системах, не содержащих серу. Хорошее сохранение цвета при вулканизации каучука различных цветов помимо черного. Широкое применение тиурама известно для изготовления светлых и прозрачных изделий, теплостойких резин и резин на основе различных каучуков, в том числе бутилкаучука, соприкасающихся с пищевыми продуктами.

    Ацетонанил (2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин)

    (C12H15N)n

    Внешний вид: Стекловидные пластинки (чешуйки) или гранулы (таблетки) от светло-коричневого до темно-коричневого цвета.

    Свойства: температура плавления 114°С. Относительная плотность 1,05 г/мл. Растворим в ароматических углеводородах, незначительно растворяется в бензине, не растворяется в воде. Относительно малотоксичен.

    Примененяется в резинах из всех каучуков общего назначения в качестве высокоэффективного стабилизатора (антиоксиданта, противостарителя) синтетических каучуков в производстве широкого ассортимента резинотехнических изделий и шин, в том числе крупногабаритных шин, в производстве оболочки в кабельной индустрии, ремней, паропроводных рукавов, изоляционных материалов. Является сильным антиоксидантом.

    Наиболее эффективная дозировка 0,5—2 мас. ч. В светлые и цветные резины вводят до 0,5 мас. ч. В латексы вводят в виде 50%-ной водной дисперсии. Ацетонанил Н превосходно защищает от теплового старения. Повышает сопротивление резин озонному растрескиванию. Особенно эффективен в сочетании с другими противостарителями. Легко диспергируется в каучуке и не выцветает при дозировках более 2 мас. ч.; при 0,5 мас. ч. слабо окрашивает резину.

    Применяется в производстве шин, а также стабилизатором вулканизации в производстве резинотехнических изделий и шин.

    Оксид цинка (окись цинка) ZnO

    Внешний вид: бесцветный кристаллический порошок, нерастворимый в воде, желтеющий при нагревании и сублимирующийся при 1800 °C.

    Молекулярная масса = 81,408 г/моль

    Плотность = 5,61 г/см³

    Сорта оксида цинка, применяемого в резиновой промышленности, имеют средний размер частиц от 0,1 до 0,3 мкм. Получается сжиганием металлического цинка в специальных муфельных мечах.

    Основное промышленное применение оксида цинка – производство резины, в котором он сокращает время вулканизации исходного каучука.

    Оксид цинка в резиновых смесях является активатором ускорителей, усиливающим наполнителем для натурального каучука, вулканизующим агентом для полихлоропрена и тиоколов, белым красителем и теплопроводящим наполнителем для резин из всех видов каучуков, снижающим теплообразование при многократных деформациях. Он активный наполнитель, который улучшает качества каучука (сопротивление разрыву и растяжению, твердость).

    Содержание оксида цинка в резиновых смесях: 1 – 2% масс.ч. для активации ультраускорителей, 5% масс.ч. для ускорителей среднего и медленного действия, 10 – 30% масс.ч. при применении его как теплопроводящего наполнителя для резин.

    Мел

    Мел — осадочная горная порода белого цвета, мягкая и рассыпчатая, нерастворимая в воде, органического (зоогенного) происхождения.

    Основу химического состава мела составляет карбонат кальция с небольшим количеством карбоната магния, но обычно присутствует и некарбонатная часть, в основном оксиды металлов. В меле обычно находится незначительная примесь мельчайших зёрен кварца и микроскопические псевдоморфозы кальцита по ископаемым морским организмам (радиолярии и др.) Нередко встречаются крупные окаменелости мелового периода: белемниты, аммониты и др.

    Мел - один из самых распространенных и широко используемых видов наполнителей для композиционных материалов является тонкодисперсный мел (карбонат кальция). Он применяется в качестве наполнителя в производстве сухих строительных смесей; затирок, штукатурок; лакокрасочных материалов; пластмасс; резины; бумаги; кабельной продукции. Мел получают двумя способами:

    • измельчением пород и осадочных отложений (природный или натуральный карбонат кальция);

    • химическим осаждением (химически осажденный карбонат кальция).

    Частицы природных наполнителей (даже с высокой степенью микронизации), как правило существенно крупнее, чем у продуктов, полученных осаждением.

    Тонкодисперсный мел может иметь различную форму частиц, зависящую от формы кристалла и способа измельчения.

    Существует два способа измельчения — сухой и мокрый. Мокрый размол и микронизация дают более гладкие и круглые частицы, что является более предпочтительным сухому размолу, так как гладкие частицы вызывают в процессе использования меньший износ оборудования. Для получения тонкодисперсного мела его подвергают микронизации (используют механическое струйное и ультразвуковое измельчение).

    Основной промышленной сферой потребления мелкодисперсного мела является производство пластмасс — 55% суммарного потребления (полиолефины, ПВХ, термореактопласты). Потребительское назначение мела в составе пластмасс для коррекции белизны; для увеличения сопротивляемости разрушению при ударе; для упрощения обработки и действия как теплопоглотитель; для стабилизации экзотермических процессов в установках полимеризации; для снижения себестоимости.

    В производстве резины мел используется для улучшения износостойкости, повышения стойкости и эластичности в различных температурных условиях, экономии дорогостоящего каучука и других компонентов. Также применяется как антиадгезив для опудривания резиновых смесей.

    Белый мел :цвет (белизна 78-96%), высокая природная дисперсность, округлая форма частиц, легкая диспергируемость, сравнительно низкая гигроскопичность, низкая абразивность.

    Свойствами, затрудняющими применение мела, являются его способность агрегирования при незначительном увлажнении из-за большой "связности" частиц. Это приводит к зависанию и слеживаемости его в бункерах, затруднению транспортировки и использования. Для устранения этих явлений мел подвергают поверхностной обработке — гидрофобизации, заключающейся в нанесении на поверхность частиц поверхностно-активных веществ, придающих мелу свойства не смачиваться водой и обуславливающих хорошую сыпучесть. В качестве гидрофобизирующих добавок применяют стеариновую кислоту, стеарин и стеарат кальция или их смеси в количестве до 2% от массы мела. Гидрофобный мел — это белый порошок с объемной массой не менее 700 г/дм3, влажность его не более 0,2%.

    ДИБУТИЛСЕБАЦИНАТ(ДБС)

    НООС - ( СН2) 8 - СООН.

    Описание: Дибутилсебацинат - бесцветная вязкая жидкость; растворим в толуоле, ацетоне, гексане, этаноле. Практически не растворим в воде, пропиленгликоле, глицерине.

    Спецификация.

    Внешний вид:Прозрачная жидкость без механических примесей.
    Цветность по платиновокобальтовой шкале ед. Хазена, не более: 50
    Плотность при 20 град. С г/л: 0,934-0,938
    Кислотное число мг. КОН/г, не более: 0,04
    Число омыления мг. КОН/г: 354-359
    Температура вспышки град. С, не ниже: 183

    Физические свойства дибутилсебацината.

    Молекулярная масса  314
    Температура плавления - 12°С
    Температура кипения 344-345 °С,
    d420 0,936
    nD25 1,4391
    h 7-11 мПа. с (20°С),
    Давление пара при 60 °С 0,4 Па
    Растворимость в воде 0,005% (25 °С),
    воды в Дибутилсебацинате 1,6% (20 °С).

    Опасность для человека.

    Пластификаторы представляют собой малолетучие высококипящие жидкости, практически не растворимые в воде, при обычных условиях устойчивые к гидролизу и к воздействию кислорода воздуха. Температура вспышки и воспламенения, предельно допустимая концентрация паров пластификаторов в воздухе рабочей зоны производственных помещений приведены выше.

    Эфиры о-фталевой кислоты по воздействию на организм относятся ко 2-му классу опасности, а эфиры себациновой и адипиновой кислоты - к 3-му классу опасности по

    Применение: дибутилсебацинат - пластификатор поливинилхлорида и его сополимеров. поливинилбутираля, простых и сложных эфиров целлюлозы. полистирола. полиакрилатов. каучуков. Его разрешено применять в полимерных пленках для упаковки пищевых продуктов.Также используется к для пластификации лаковых покрытий на основе полистирола, хлоркаучука, карбамидоформальдегидных смол. Придает покрытиям повышенную морозостойкость. .  Миграция дибутилсебацината из поливинилбутираля придает пленке повышенную хрупкость. 

    Технический углерод П367Э(ПМЭ-80В)

    Широкое применение полимерных материалов в народном хозяйстве и развитие новых отраслей науки и промышленности – электроника, вычислительная техника, техника связи, авиация, космонавтика, судостроение и др. В этой связи появилась проблема обеспечения этих отраслей принципиально новыми материалами и изделиями, обладающими способностью снятия (отвода) зарядов статического электричества, магнитными, радиошумо-, звукопоглощающими, маскирующими и поглощающими электромагнитное излучение свойствами, способностью к неоднократному замыканию и размыканию электрических контактов в системах управления в сочетании с упругостью этих материалов, эластичностью, достаточно большими многократными деформациями растяжения, сжатия и сдвига. Вполне естественно, что для решения поставленных задач в первую очередь обратились к использованию для этих целей эластомеров (каучуков) и эластомерных материалов (резин) на их основе.

    1882 году впервые была запатентована антистатическая резина на основе натурального каучука, наполненного графитом, в последующие годы графит не получил

    большого распространения в качестве самостоятельного электропроводного наполнителя

    резин. Это связано с тем, что для получения электропроводных резин с графитом требуется введение его в больших количествах, что сопровождается существенным ухудшением пласто-эластических и физико-механических характеристик эластомерных

    материалов. Заметный прогресс в получении антистатических и электропроводных резин

    связан с использованием в качестве электропроводных наполнителей технического углерода, в основном ацетиленового. Обоснованием применения ацетиленового технического углерода для создания электропроводных резин послужили особенности его

    свойств, а именно высокие значения дисперсности, пористости и структурности. Именно комплекс этих свойств обеспечивает возможность, при определенной концентрации ацетиленового технического углерода, образовать в резине развитую углерод-эластомерную структуру, по которой происходит перенос электрических зарядов. Увеличение процента брака изделий при переходе с Р1250 на АТГ-70 и невозможность изготовления медицинских изделий по латексной технологии с применением АТГ-70 выдвинули в разряд актуальных проблему освоения в отрасли новых марок электропроводного технического углерода. К тому же по своему качеству и уровню электропроводности ацетиленовый технический углерод не обеспечивал все возрастающие требования резиновой и других отраслей промышленности, а технология его производства исключает возможность целенаправленного изменения свойств и,

    следовательно, расширение ассортимента. Необходимость расширения объемов производства электропроводных полимерных композиций потребовала разработки и создания высокопроизводительного печного способа получения электропроводного технического углерода.

    Получение:

    Процесс получения печного электропроводящего технического углерода отличается большим временем контакта в зоне реакции, более низким выходом целевого продукта по сравнению с обычным печным процессом получения технического углерода с аналогичным уровнем удельной поверхности. Технический углерод мароки ПМЭ-80В отличается высокой величиной адсорбционной поверхности, высоким коэффициентом шероховатости и высокой структурностью. Отличительной особенностью технологического процесса является наличие зоны термоокислительной обработки образовавшихся агрегатов, время контакта в которой может достигать нескольких секунд. Рост коэффициента шероховатости, представляющего собой отношение величины удельной адсорбционной поверхности к удельной геометрической поверхности, является следствием атаки свежеобразованной поверхности частиц технического углерода молекулами СО2, Н2О и О2 и вызвано энергетической ее неоднородностью, что приводит к реагированию и удалению атомов углерода из кристаллической решетки частиц в местах поверхности, обладающих наибольшей химической активностью и именуемых активными центрами. В результате этого на месте активного центра образуется пора. Ударающиеся о поверхность частиц тухнического углерода молекулы СО2, Н2О и О2 реагируют лишь с наиболее активными участками поверхности – активными центрами. Получается , что при каждом активном ударе молекулы СО2 или Н2О из кристаллической решетки вырывается один атом углерода, а в случае активного удара О2 – два атома углерода. Поскольку процесс протекает при сильном недостатке кислорода от стехиометрического его количества, то реакция окисления с образованием моноокиси углерода является доминирующей. Каждый активный центр на поверхности углерода после первого активного удара и реагирования представляет собой предпочтительное место для дальнейших активных ударов. Таким образом , на месте каждого активного центра образуется пора. Пористость печного технического углерода при больших временах контакта увеличивается с увеличением времени контакта, объемной доли молекул СО2, Н2О и О2 в реакционном газе, дисперсности и температуры процесса. Поскольку температура процесса ограничена стойкостью футеровки, пористость технического углерода в технологическом процессе можно регулировать объемной долей молекул СО2, Н2О и О2 и предпочтительно временем контакта. Выход в печном процессе получения электропроводного технического углерода уменьшается пропорционально пористости ли, при прочих равных условиях, пропорционально времени термоокислительной обработки частиц технического углерода. То есть с увеличением дисперсности технического углерода, температуры обработки частиц и времени контакта происходит значительное уменьшение выхода технического углерода. Основное влияние на электропроводность технического углерода оказывает его высокотемпературная обработка в реакционной камере реактора. Отсюда следует, что высокая электропроводность печного электропроводного технического углерода определяется технологией его получения, а технологические и усиливающие свойства могут быть выбраны в зависимости от технических требований потребителя.

    Свойства:

    В табл. 3 приведены сравнительные физико-химические свойства технического углерода марок ПМЭ-80В, ПМЭ-100В, ПМ-100, Р1250.



    Как видно из данных электропроводный технический углерод ПМЭ-100В по степени дисперсности несколько больше, а ПМЭ-80В – меньше, технического углерода

    ПМ-100. Характерными особенностями, отличающими ПМЭ-100В и ПМЭ-80В от ПМ-100, являются также значительно более высокие значения йодного числа, удельной адсорбционной поверхности и абсорбции ДБФ Технический углерод марок ПМЭ-100В и

    ПМЭ-80В по показателям удельной геометрической поверхности и абсорбции ДБФ

    превосходит ацетиленовый технический углерод Р1250. смеси с ПМЭ-100В и ПМЭ-80В имеют более высокую вязкость, меньшую скорость истечения, более низкую усадку и разбухание экструдата по сравнению со смесями, содержащими ПМ-100.

    Вулканизаты характеризуются также меньшей прочностью при растяжении и усталостной выносливостью при многократных деформациях растяжения, более высокими значениями напряжений при удлинении 300% и твердости, большим теплообразованием при сжатии и гистерезисными потерями при растяжении, чем резина, содержащая такое же количество технического углерода ПМ-100. Указанные отличия связаны с более высокими значениями удельной адсорбционной поверхности электропроводных марок технического углерода, что вызывает повышенное взаимодействие их с макромолекулами эластомера.

    Наименьшим удельным объемным электросопротивлением (наибольшей проводимостью электрического тока) обладают резины с технический углеродом марки ПМЭ-100В, почти на порядок уступают им равнонаполненные резины с ПМЭ-80В, более чем на три порядка резины с ПМ-100 и на 1.5 порядка резины с Р1250.

    В настоящее время из-за высокой цены конечного продукта, дефицитности сырья и организационных трудностей выпуск ацетиленового технического углерода, и электро проводных марок технического углерода П367Э и П267Э ограничен, они стали практически недоступными для резиновой промышленности. Для получения резин с высокой электропроводностью в эластомерную матрицу необходимо вводить достаточно большие количества электропроводного наполнителя, что существенно ухудшает технологические свойства и перерабатываемость резиновых смесей. Использование пластификаторов (мягчителей) в этом случае, хотя и приводит к повышению технологических характеристик резиновых смесей, но снижает электрическую проводимость и упруго-прочностные характеристики готового материала – поэтому ограничено.

    Сера (S)

    Внешний вид простого вещества: Светло-жёлтое порошкообразное вещество

    Температура плавления115,2°C

    Термодинамические свойства простого вещества

    Плотность (при н. у.)

    2,070 г/см³

    Температура плавления

    112,85 °С

    Температура кипения

    444,67 °С

    Уд. теплота плавления

    1,23 кДж/моль

    Уд. теплота испарения

    10,5 кДж/моль

    Молярная теплоёмкость

    22,61 Дж/(K·моль)

    Молярный объём

    15,5 см³/моль


    Серу применяют для вулканизации каучука. Ее добавляют в количестве, не превышающим 3 масс.ч. на 100 масс.ч каучука, сохраняя эластичность резины. При концентрации серы 30 - 50 % частота поперечных связей так велика, что эластичность полностью исключается; полученный после вулканизации твердый материал называют эбонитом.

    Для введения в резиновые смеси используют серу в тонкодисперсном состоянии. В резиновой промышленности обычно применяют природную молотую серу высшего сорта.

    Для вулканизации каучуков, содержащих двойные связи, сера применяется совместно с ускорителями и активаторами вулканизации. В отсутствие ускорителей вулканизации структурирование непредельных каучуков проходит очень медленно и требует затрат большего количества энергии. При повышенной температуре (выше 150°С) происходит раскрытие восьмичленного цикла серы по ионному или радикальному механизму в зависимости от природы примесей, содержащихся в каучуке и переход ее серы в активное состояние.

    Активированная сера взаимодействует с реакционноспособными участками молекул каучука ( например, с α-метиленовыми группами или двойными связями). При этом образуется некоторое количество поперечных полисульфидных связей или персульфгидрильных групп, которые в дальнейшем перегруппировываются с образованием связей различных типов – полисульфидных с меньшей сульфидностью, дисульфидных и др. Основная часть серы в остутствие ускорителей вулканизации присоединяется к цепочкам НК внутримолекулярно с образованием циклических сульфидов.

    Резины, полученные с применением серы, характеризуются высокой прочностью при растяжении и большой выносливостью при многократных деформациях, что обусловлено наличием в структуре вулканизата полисульфидных поперечных связей


    Использованная литература:


    1. Корнев А.Е., Буканов А.М., Шевердяев О.Н. «Технология эластомерных материалов»: Учебник для вузов. – Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.:НППА «Истек», г. Москва, 2009. – 504 с.

    2. Кулезнев В.Н. «Смеси полимеров», - М.: Химия, 1980. – 304 с.

    3. Курс лекций

    4. Интернет

    написать администратору сайта