Введение к работе
Актуальность темы. Вулканизация является самой важной стадией изготовления резиновых изделий, в процессе которой формируются их эксплуатационные свойства. Вулканизация крупногабаритных изделий протекает в течение длительного времени (до 5-6 часов). Поэтому сокращение времени вулканизации является актуальной проблемой, как с позиции повышения производительности оборудования, так и снижения энергозатрат. Сократить продолжительность вулканизации изделий можно путем увеличения скорости структурирования каучука. Однако при этом важно сохранить индукционный период, в течение которого происходит формование изделий. Проблема ускорения вулканизации без уменьшения продолжительности индукционного периода до настоящего времени не решена и требует дальнейших исследований и технологических разработок.
Другой проблемой, связанной с процессом вулканизации, является уменьшение вредного воздействия компонентов вулканизующей группы на окружающую среду, как в процессе изготовления резиновых изделий, так и при их эксплуатации.
Актуальным является также снижение стоимости резиновых смесей путем изменения их рецептуры, в том числе благодаря использованию более дешевых и эффективных компонентов вулканизующей системы.
Одним из путей решения указанных проблем может быть создание и применение в рецептуре резиновых смесей новых композиционных вулканизующих систем на основе активированного оксида цинка в микро- и наноге-терогенной форме.
Перспективными соединениями для активации оксида цинка являются соединения класса лактамов, обладающие поверхностно-активными свойствами и ускоряющие процесс вулканизации каучуков.
В технологическом плане композиции лактамов с оксидом цинка в сочетании с многокомпонентной вулканизующей группой требуют исследования поведения такой системы в резиновых смесях и оптимизации состава композиций. В результате таких исследований могут быть найдены эффективные технологические решения при производстве шин и резинотехнических изделий.
Цель работы заключается в разработке рецептур цинксодержащих композиций, обеспечивающих активацию процесса вулканизации, полученных диспергированием оксида цинка в бинарном расплаве є-капролактам -стеариновая кислота; изучении взаимодействия компонентов композиций; исследовании влияния их на свойства резиновых смесей и вулканизатов.
Для достижения поставленной цели необходимо:
- исследовать свойства бинарного сплава є-капролактам - стеариновая кислота, тройного сплава є-капролактам - стеариновая кислота - оксид цинка, а также более сложных композиций, получаемых на основе тройного сплава;
В постановке задачи и обсуждении результатов принимал участие к.т.н., доцент Пучков А.Ф.
выявить оптимальные условия получения композиций и соотношения их компонентов с позиции технологичности ведения синтеза, товарных и функциональных свойств конечных продуктов;
установить влияние составов разработанных композиций на кинетику вулканизации каучуков, реологические свойства резиновых смесей, физико-механические показатели вулканизатов, распределение наполнителей в резиновой смеси.
Научная новизна. Впервые показана возможность получения активной формы оксида цинка под влиянием бинарного расплава є-капролактам -стеариновая кислота.
Установлено, что молекулы є-капролактама и стеариновой кислоты образуют ассоциаты, обладающие выраженными поверхностно-активными свойствами. В результате воздействия ассоциатов на оксид цинка его кристаллическая структура становится более дефектной, и, как следствие, разрушается под действием механических усилий при изготовлении резиновых смесей.
Показано, что дефектная кристаллическая структура оксида цинка влияет на активность полученных композиций в процессе вулканизации каучуков.
Практическая значимость работы. Разработаны активаторы-диспергаторы - диспрактолы марок I, Z, ZCI (ТУ 2494-001-34675695-06) и активатор-ускоритель диспрактол К-16 (ТУ 2494-005-98528460-09). Невысокая температура каплепадения (92-110 С) способствует их хорошему распределению в каучуке. Непылящая форма продуктов в сочетании с сыпучестью обеспечивают им приемлемые технологические свойства.
Использование диспрактола І в протекторных резиновых смесях сель-хозпокрышек способствует сокращению времени вулканизации на 15 % с сохранением свойств готовых изделий на требуемом уровне (испытания на ОАО «Волтайр-Пром»). Использование диспрактола І в смесях для изготовления резиновых дубинок (ВНТК (филиал) ВолгГТУ) позволяет сократить время вулканизации на 25 %.
Возможна полная либо частичная замена оксида цинка на диспрактол Z и диспрактол ZCI в смесях на основе бутадиен-нитрильного каучука для рукавных изделий ЗАО «Ярославль-Резинотехника» и в протекторных смесях ОАО «Волтайр-Пром».
Диспрактол К-16 опробован вместо каптакса в паронитовых и фрикционных изделиях ОАО «Волжского завода асбестовых технических изделий», а также вместо альтакса в боковине протектора сельхозшин на ОАО «Волтайр-Пром».
Апробация работы. Результаты исследований представлены на конференциях: межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов ВПИ (филиал) ВолгГТУ (Волжский, 2006); научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава ВПИ (филиал) ВолгГТУ (Волжский, 2007-2009) и ВолгГТУ (Волгоград, 2009); региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области
(Волгоград, 2006-2008); симпозиум «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, 2006, 2009); международная научно-практическая конференция «Резиновая промышленность: сырье, материалы, технология» (Москва, 2006-2008).
Работа выполнена в рамках государственного контракта на выполнение научно-исследовательской работы для государственных нужд Волгоградской области (2008 г) по теме «Разработка полимерных материалов с улучшенными показателями и решение технологических проблем и вопросов ресурсосбережения за счет применения нано-микрогетерогенных модификаторов и других целевых добавок».
Публикация результатов. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ. Из них 4 статьи в центральной печати (в журнале, рекомендованным ВАК) и 11 тезисов докладов. Получен 1 патент РФ.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав (включающих литературный обзор, объекты и методы исследования, обсуждение результатов), выводов, списка литературы, включающего 117 наименований. Работа изложена на 106 листах машинописного текста, содержит 40 таблиц, 25 рисунков, 4 приложения.
