ЦЕОЛИТОСОДЕРЖАЩАЯ МОРОЗОСТОЙКАЯ РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ Российский патент 2008 года по МПК C08L9/02 C08L23/06 C08K3/36 C08K3/04 C08K3/06 C08K3/22 C08K5/09 C08K5/10 C08K5/18 C08K5/31 C08K5/47 

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке морозо-, износо-, маслостойких резин на основе бутадиен-нитрильного каучука СКН-18 для изготовления уплотнительных деталей, используемых в подвижных узлах механизмов, эксплуатирующихся в условиях низких температур.

Известно, что для изготовления маслобензостойких, износостойких манжет и уплотнителей используют резиновые смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука [1].

Известны резиновые смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука (БНКС-18), включающие наполнители, активаторы вулканизации, ускорители вулканизации, мягчители, диспергаторы и серу (возможно введение других целевых добавок) [2]. При этом улучшаются технологические свойства резиновой смеси (пластичность, шприцуемость и др.) и технические параметры резин (прочностные характеристики, маслобензостойкость). Однако резины на основе БНКС-18 имеют невысокие триботехнические показатели и морозостойкость.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленной смеси является резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%, включающая серу, N,N-дифенилгуанидин, ди-(2-бензотиазолил) дисульфид, оксид цинка, стеариновую кислоту, альдоль-α-нафтиламин, N-(4-гидроксифенил) нафтиламин-2, N-(1,3-диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,4, технический углерод П803 с удельной поверхностью 12-18 м²/г, дибутилфталат, дисульфид молибдена, β-сиалон общей формулы Si_6-XAl_XO_XN_8-X, где х=0,8÷4 и фторопласт-4МБ (прототип - RU 2125068 С1, 1996).

К недостаткам известной резиновой смеси следует отнести недостаточные морозо- и износостойкость.

Целью изобретения является повышение морозостойкости и износостойкости бутадиен-нитрильной резины.

Поставленная цель достигается тем, что резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%, включающая серу, N,N′-дифенилгуанидин, ди-(2-бензотиазолил) дисульфид, оксид цинка, стеариновую кислоту, альдоль-α-нафтиламин, N-(4-гидроксифенил) нафтиламин-2, N-(1,3-диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,4, технический углерод П803 с удельной поверхностью 12-18 м²/г, дибутилфталат, дополнительно содержит вместо дисульфида молибдена, β-сиалона и фторопласта-4МБ полимерную композицию сверхвысокомолекулярного полиэтилена с природным цеолитом, подвергнутым механической активации, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%100,00Сера2,45-2,65N,N′-Дифенилгуанидин0,20-0,30Ди(2-бензотиазолил)дисульфид2,6-2,8Оксид цинка7,40-7,60Альдоль-α-нафтиламин3,80-4,20N-(4-Гидроксифенил)нафтиламин-20,90-1,10N-(1,3-Диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,40,80-1,20Технический углерод П803128-132Стеариновая кислота0,80-1,20Дибутилфталат18,0-22,0Полимерная композиция сверхвысокомолекулярного Полиэтилена с природным цеолитом, подвергнутым механической активации, при их массовом соотношении 10-30:0,5-2,010,5-32,0

Природный цеолит месторождения Хонгуруу Республики Саха (Якутия) представляет собой каркасный алюмосиликат, во внутрикристаллическом пространстве которого размещены обменные катионы щелочных и щелочно-земельных металлов и молекулы воды.

Цеолиты называют также молекулярными ситами, поскольку в их кристаллах имеется развитая система пор и каналов молекулярного размера, что обуславливает их уникальные адсорбционные свойства. Химический состав цеолита: SiO₂ - 63-68%, Al₂О₃ - 11-13%, Na₂O - 2-5%, СаО - 0,67-1,77%, TiO₂, Fe₂O₃, FeO - остальное. Общая формула может быть показана следующим образом:

Me_2/nO·Al₂O₃·xSiO₂·yH₂O,

где Me - катион щелочного или щелочно-земельного металла, n - его валентность.

Размер частиц составляет 1,6-4 мкм, плотность 0,62-0,72 г/см³.

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) - белый кристаллический полимер (степень кристалличности - 49%) с молекулярной массой 2000000, относящийся к классу полиэтиленов высокой плотности, обладает высокими морозо-, влаго-, износостойкостью, химической инертностью и низким коэффициентом трения.

Перед введением в эластомерную смесь цеолиты прокаливают при температуре 450°С и времени прокаливания 60 минут. Затем для удаления адсорбционной воды цеолиты подвергают механической активации, которая происходит за счет центробежных сил при вращении барабанов вокруг общей и планетарной осей мельницы АГО-2с (время активации - 2 мин, частота вращения вала электродвигателя - 1450 об/мин, частота вращения барабанов - 1290 об/мин). Активация приводит к диспергированию частиц и повышению структурной активности природного цеолита:

удельный объем пор (см³/г) увеличивается в 1,3 раза;

удельная геометрическая поверхность (м²/г) увеличивается в 1,5 раза.

Прокаленные природные цеолиты, подвергнутые механической активации, вводят в порошкообразный сверхвысокомолекулярный полиэтилен путем сухого смешения в лопастном смесителе в течение 2-3 минут. Таким образом, получают полимерную композицию, которую затем вводят на вальцах в резиновую смесь в течение 5 мин при температуре валков 50-60°С. Вулканизацию проводят при температуре 155°С в течение 20 мин. Выдержка вулканизатов до испытаний не менее 6 часов. Состав резиновых смесей приведен в табл.1.

Физико-механические показатели вулканизатов определяют по ГОСТ 270-75, объемный износ при абразивном истирании по ГОСТ 25509-79, коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению после сжатия по ГОСТ 13808-79, степень набухания в углеводородной среде по ГОСТ 9.030-74.

Свойства вулканизатов приведены в табл.2.

Технико-экономическая эффективность

Использование данного изобретения позволяет существенно повысить морозостойкость и износостойкость резин, что приведет к увеличению ресурса работы уплотнений, изготовленных из этих резин и используемых в узлах трения машин и механизмов, эксплуатирующихся при естественно-низких температурах.

Как видно из приведенных данных, вулканизаты из резиновой смеси заявляемого состава превосходят резины из известной смеси (прототипа): морозостойкость увеличилась в 1,2 раза, объемный износ при абразивном истирании уменьшился в 1,2 раза (т.е. износостойкость увеличилась в 1,2 раза) при сохранении уровня прочности при растяжении и маслостойкости.

Источники информации

1. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник. / Под ред. А.И.Голубева, Л.А.Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986. - 464 с.

2. Федюкин Д.Л., Махлис Ф.А. Технические и технологические свойства резин. - М.: Химия, 1985. - 217 с.

3. Челищев Р.Ф., Беренштейн Б.Г, Володин В.Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья. - М.: Недра, 1987. - 176 с.

Таблица 1Состав резиновых смесейИнгредиентСостав, мас.ч.известнаяпо изобретениюконтрольные123456789Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%100,0100,0100,0100,0100,0100,0100,0100,0100,0Сера2,52,452,652,502,452,502,502,502,50N,N′-Дифенилгуанидин0,250,200,300,250,200,250,250,250,25Ди(2-бензотиазолил)дисульфид2,72,602,802,702,602,702,702,702,70Оксид цинка7,57,407,607,507,407,507,507,507,50Альдоль-α-нафталамин4,03,804,204,003,804,004,004,004,00N-(4-Гидроксифенил)нафтиламин-21,00,901,101,000,901,001,001,001,0N-(1,3-Диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,41,00,801,201,000,801,001,001,001,00Технический углерод П803130,0128,0132,0130,0128,0130,0130,0130,0130,0Стеариновая кислота1,00,801,201,000,801,001,001,001,00Дибутилфталат20,018,022,020,018,020,020,020,020,0Полимерная композиция сверхвысокомолекулярного полиэтилена с прокаленным природным цеолитом, подвергнутым механической активации 10,521,032,031,042,55,522,541,0

Таблица 2Свойства вулканизатовПоказательРезиновая смесь по примерамизвестнаяпо изобретениюконтрольные123456789Условная прочность при растяжении, МПа13,812,913,514,214,510,613,211,49,8Относительное удлинение при разрыве, %235263251210208165280196203Коэффициент морозостойкости по эластическому восстановлению после сжатия, 20% при - 50°С0,4680,5670,6140,6870,6540,4230,4610,3980,415Объемный износ при абразивном истирании, см³0,1310,1050,0860,0480,0560,1200,1620,1410,128Степень набухания в масле АМГ-10 при 70°С в течение 72 ч, %-0,018-0,017-0,016-0,016-0,015-0,018-0,020-0,021-0,016Коэффициент трения0,820,910,900,830,850,980,910,920,82

Изобретение относится к резиновой промышленности, к получению морозо-, износостойких резин на основе бутадиен-нитрильного каучука. Каучук содержит 17-23 мас.% нитрила акриловой кислоты. Резиновая смесь включает серу, оксид цинка, N,N-дифенилгуанидин, технический углерод П803. В резиновую смесь дополнительно вводят полимерную композицию сверхвысокомолекулярного полиэтилена с природным цеолитом при их массовом соотношении 10-30:0,5-2,0 в количестве 10,5-32,0 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука. Природный цеолит подвергают предварительно механической активации. Изобретение позволяет существенно улучшить морозостойкость, маслостойкость резин, что увеличивает ресурс работы уплотнительных устройств, используемых в подвижных узлах трения при естественно-низких температурах. 2 табл.

Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%, включающая серу, N,N-дифенилгуанидин, ди-(2-бензотиазолил)дисульфид, оксид цинка, стеариновую кислоту, альдоль-α-нафтиламин, N-(4-гидроксифенил)нафтиламин-2, N-(1,3-диметилбутил)-N-фенилендиамин-1,4, технический углерод П803 с удельной поверхностью 12-18 м²/г, дибутилфталат, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полимерную композицию сверхвысокомолекулярного полиэтилена с природным цеолитом, подвергнутым механической активации, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

бутадиен-нитрильный каучук с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-23 мас.%100сера2,45-2,65N,N′-дифенилгуанидин0,2-0,3ди(2-бензотиазолил)дисульфид2,6-2,8оксид цинка7,4-7,6альдоль-α-нафтиламин3,8-4,2N-(4-гидроксифенил)нафтиламин-20,9-1,1N-(1,3-диметилбутил)-N′-фенилендиамин-1,40,8-1,2технический углерод П803128-132стеариновая кислота0,8-1,2дибутилфталат18-22полимерная композиция сверхвысокомолекулярного полиэтилена с природным цеолитом, подвергнутым механической активации, при их массовом соотношении 10-30:0,5-2,010,5-32,0