Влияние содержания 1,2-полибутадиена на свойства динамических термоэластопластов (стр. 7 из 10)

Мпп=42 г/моль

Fэнб= F^-CH=CH-+2* F

+2* F + F + F^-CH3=

=222+2*28+2*133+130+214=888, Мэнб=120 г/моль

8,23 (кал/см³)

Полиэтилен:

ρ - 0,96 г/см³, М_о - 42 г/моль

F^ПЭ= 2F

=2*133=266

(кал/см³)

Полипропилен

ρ - 0,9 г/см³, М_о - 42 г/моль

F^ПП=F

+ F + F^-CH3=133+28+214=375

(кал/см³)

Параметр взаимодействия между смешиваемыми компонентами рассчитывается по формуле:

,

где V_s=10^-4м³/моль, Т - абсолютная температура, R-универсальная газовая постоянная

Для системы 1,2-полибутадиен-полиэтилен параметр взаимодействия между смешиваемыми компонентами:

<2 - компоненты совместимы

Для системы 1,2-полибутадиен-полипропилен:

<2 - компоненты совместимы

Для системы СКЭПТ-полиэтилен:

<2 - компоненты совместимы

Из данных по совместимости видно, что СКД-СР так же хорошо совместим с ПЭ и ПП, как и СКЭПТ.

В работе были использованы каучуки: 1,2-полибутадиен марки СКД-СР, СКЭПТ 712 марки, термопласты: ПЭНД-276-73 и ПП марки Каплен 01030. Содержание каучука в композиции изменяли от 30 до 40 мас. %. Смешение производили в микросмесителе "Брабендер" при Т= 170 ⁰С (для систем на основе ПЭ) и 190⁰С (для систем на основе ПП). Серосодержащую вулканизующую группу, состав которой приведен на стр.32, рассчитывали для каждой смеси на количество каучука в ней. Вулканизующую группу вводили, когда термопласт полностью расплавится и вязкость системы станет минимальной.

Для уверенности прохождения сшивания в фазе 1,2-ПБ за это время определили оптимальное время вулканизации каучука СКД-СР. Вулканизацию проводили в прессе при температуре 160^оС, вулканизующую группу вводили на вальцах.

Кинетику вулканизации оценивали по набуханию вулканизата в бензоле (время вулканизации 5, 10, 12, 15 мин). Степень набухания (Q) рассчитывали по формуле:

,

где m_{наб -} масса набухшего образца, m_{выс -} масса высохшего образца

Таблица 3.1: Влияние времени вулканизации на густоту сетки поперечных связей

Время вулканизации	Q, %	1/Q
0	26,89	0,04
5	20,95	0,05
10	6,67	0,15
12	6,10	0,16
15	6,10	0,16

Рис.3.1 Влияние времени вулканизации СКД-СР на густоту сетки поперечных связей

Исходя из представленной кривой, можно сделать вывод, что данная ВС позволяет за 15 мин при температуре 160^оС получить оптимальную плотность сшивки каучука.

Данные динамометрического анализа вулканизованных смесей показывают, что образцы, вулканизованные 5 мин, ведут себя как сырые резиновые смеси, а вулканизованные 10, 12, 15 мин - как вулканизованная резина (табл.3.2).

Таблица 3.2: Влияние времени вулканизации на механические характеристики вулканизованных смесей

Время вулканизации, мин	Прочность при разрыве, МПа	Относительная деформация, %
5	0,3	950
10	0,8	630
12	1,0	520
15	1,2	430

Виброреомометрия позволяет получить всю кинетическую кривую вулканизации на одном образце, что значительно уменьшает ошибку определения.

Рис.3.2 Кривая изменения напряжения сдвига каучука при вулканизации

Из полученной реограммы (рис.3.2.) определили следующие показатели:

1. минимальный крутящий момент М_min= 5,7;

2. максимальный крутящий момент М_max= 19,5;

3. время начала вулканизации τ_С= 4мин;

4. оптимальное время вулканизации τ_С90= 18 мин;

5. скорость вулканизации V_С =7,1 %/мин.

Скорость вулканизации, то есть количество пространственных химических связей, образуемых в единицу времени, зависит от температуры. При более высоких температурах образование связей протекает более интенсивно. Поэтому чем выше температура, тем выше скорость вулканизации. Количественно эта зависимость выражается температурным коэффициентом вулканизации К10, который определяют как отношение промежутков времени, необходимых для получения одинаковой степени вулканизации при двух температурах, отличающихся на 10°С [36]:

K10 = τ_Т/τ_Т+10,

где τ_Т и τ_Т+10 − время, необходимое для достижения заданной степени

вулканизации при температурах, соответственно Т и Т+10 градусов Цельсия.

У серной вулканизующей системы тепловой коэффициент вулканизации равен 2 (К10).

Так как динамическая вулканизация проводится при более высоких температурах, чем температура вулканизации, то при динамической вулканизации каучук вулканизуется:

1) за 9 мин при температуре 170^оС - система на основе ПЭ.

2) за 2 мин при температуре 190^оС - система на основе ПП.

Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что серная ВС позволяет провести динамическую вулканизацию каучука СКД-СР, входящего в состав ДТЭП, при температуре 170^оС для материалов ПЭ/СКД-СР и температуре 190^оС - для ПП/СКД-СР за 10 мин с получением оптимальной плотности сшивки каучука.

3.1 Влияние матричного полимера на структуру и свойства смесей СКД-СР/ ПЭНД и СКД-СР/ ПП и ДТЭП на их основе

Деформационное поведение ПЭНД марки 276-73 и ПП марки 01030 Каплен принципиально различно.

На рис.3.1 приведены кривые растяжения, а в табл.2.1.2 свойства этих полимеров. ПЭНД марки 276-73 деформируется с формированием шейки, которая распространяется на всю рабочую часть образца.

Разрыв полимера происходит на стадии деформационного упрочнения (кривая 1). ПП разрушается на стадии формирования шейки (кривая 2).

Рис 3.1.1 Кривые растяжения ПЭНД марки 276-73 (1) и ПП марки Каплен 01030 (2).

3.1.1 Влияние концентрации каучука на свойства механических смесей на основе смесей ПЭНД/СКД-СР

Исследование влияния концентрации каучука на деформационное поведение и свойства смесей полиэтилена и 1,2-полибутадиена показали, что при введении 30 мас. % каучука, в сравнении с чистым ПЭ, уменьшаются деформационно-прочностные показатели механических смесей (табл.3.1.1). Разрыв системы происходит на начальной стадии формирования шейки, но шейка становится неявной и ее наличие можно отследить только благодаря нанесению на рабочую область образца поперечных меток (рис.3.1.2, а). Разрушение происходит при малых значениях деформации.

а) 30%СКД-СР+ПЭНД (мех. смесь) б) 30%СКД-СР+ПЭНД (ДТЭП)

Рис.3.1.2 Фотографии растяжения образцов состава 30%СКД-СР - ПЭ-276-73

При введении 40% каучука образец деформируется однородно, но характер деформирования остается пластичным. Уменьшается прочность, но увеличивается деформация (табл.3.1.1).

Таблица 3.1.1 Механические свойства термопластов: ПЭНД 276-73, ПП Каплен, механических смесей и ДТЭП на их основе ^*

Термопласт	Концентрация СКД-СР,%	Прочность при разрыве, σ, МПа	Относительное удлинение εотн,%	Остаточное удлинение εост,%
ПЭНД-276-73	0	39	620	600
	30
	40
ПП "Каплен"	0	37	10	10
	30
	40

* в числителе - механические свойства для смесей без вулканизующих систем, в знаменателе - механические свойства для ДТЭП