КОМПОЗИЦИОННАЯ РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ВИБРОДЕМПФИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2023 года по МПК C08L9/02 C08L27/06 C08K13/02 

Изобретение относится к резиновой промышленности и может быть использовано в производстве резиновых изделий различного целевого назначения, в том числе для объектов судостроения, в частности в качестве основной составляющей в конструкциях гидроакустических и вибродемпфирующих покрытий.

Композиционная резиновая смесь для вибродемпфирующих покрытий включает следующие компоненты: каучуки - бутадиен-нитрильный каучук марки СКН 4045 с высоким содержанием акрилонитрила (36-40 мас. %), хлорбутилкаучук марки ХБК-139; вулканизующие агенты - серу и новоперокс ДК; ускоритель вулканизации - сульфенамид Д; активатор вулканизации - оксид цинка; технологические добавки - квалистрол Б-70, стеарат кальция и транс-полинорборнен; антиоксидант - нафтам-2; мягчители - канифоль, смолу углеводородную «СМПласт», масло индустриальное И-121А, фактис; наполнители - технический углерод П 803, мел природный тонкодисперсный, фибру базальтовую; повыситель клейкости - капролактам и модификатор РУ.

Известна резиновая смесь, используемая для изготовления изделий различного назначения, в том числе для изготовления акустических покрытий (патент RU 2232172 С1), на основе бутадиен-нитрильного каучука марки БНКС-40АМ, АМН, включающая тиурам Д - 1,5, нафтам - 2 - 1,5, диафен - ФП - 1,0, белила цинковые - 5,0, канифоль - 5,0, фактис Агрис РО - 10,0, мел - 25,0, технический углерод П 701 - 75,0, сульфенамид Ц - 2,0, N,N^/ -дитиодиморфолин - 2,0, дибутилфталат - 10,0, масло индустриальное И-8А - 5,0.

Недостатками резиновой смеси являются нестабильные виброизоляционные свойства вулканизата.

Уровень данной техники характеризует вибродемпфирующий эластомерный материал высокой плотности (патент RU 2637689 С1), на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука, с содержанием нитрила акриловой кислоты 17-20 мас. %, и бутадиен-нитрильного каучука, с содержанием нитрилакриловой кислоты 36-40 мас. %. Кроме каучуков материал содержит в мас. %: вулканизирующую систему, включающую серу, ускоритель вулканизации тиазольного типа, оксид цинка, стеариновую кислоту или комплекс синтетических жирных кислот - 1,8-12,0, наполнитель - литопон или сульфат бария или мел - 25,0-70,0, канифоль - 0,5-2,0 и пигменты - 2,0-12,0.

Недостатками указанного эластомерного материала являются низкая условная прочность при растяжении (4,7 МПа) и низкий коэффициент механических потерь.

Наиболее близким техническим решением, которое по числу совпадающих признаков и эксплуатационным показателям выбрано в качестве аналога (прототипа) предложенной композиционной резиновой смеси, является полимерный материал для вибропоглощающих покрытий на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука и цис-изопренового каучука. Резиновая смесь включает сульфенамид Ц, тиурам Д, N,N^/- дитиодиморфолин, оксид цинка, стеариновую кислоту, смолу стирольно-инденовую, 2,5-дитретбутилгидрохинон, антипирены - триоксид сурьмы и хлорпарафин ХП-1100, водопоглотитель - кальцинафт (патент RU 2534242 С2, опубл. 10.07.2014).

Недостатком данного полимерного материала является низкие адгезионные свойства, что не позволяет получать дублированные многослойные каландрованные полотна толщиной 8 и более мм.

Задачей настоящего изобретения является разработка рецептуры резиновой смеси для изготовления неформовых резиновых изделий длительно эксплуатирующихся в качестве основной составляющей в конструкциях гидроакустических и вибродемпфирующих покрытий с улучшенной упруго-диссипативной характеристикой вулканизата (tgδ угла механических потерь, модуль упругости при сдвиге (G^/) и модуль упругости (Е^/) при определенной частоте).

Техническим результатом изобретения является совершенствование средств виброакустической защиты, улучшения акустических, эксплуатационных и ресурсных характеристик изделий, изготовленных из предлагаемой по изобретению композиционной резиновой смеси, за счет модификации эластомерной матрицы, с использованием специализированных эластомеров, с добавлением модифицирующей спецдобавки, отличительной особенностью которых от традиционных полимеров является повышенные требования к их свойствам, в том числе физико-механическим показателям и стойкости к агрессивным средам (морская вода, масла, озон).

Поставленная задача достигается методом подбора взаимосвязанных компонентов направленного действия в оптимальном количественном соотношении, мас.ч.:

Бутадиен-нитрильный каучук СКН 4045 80,0-90,0 Хлорбутилкаучук ХБК-139 10,0-20,0 Сера 1,3-1,5 Сульфенамид Ц 0,9-1,1 Дикумилпероксид 1,5-2,0 Оксид цинка 3,0-5,0 Квалистрол Б-70 1,0-1,5 Нафтам-2 1,5-2,5 Канифоль 4,0-5,0 Смола углеводородная «СМПласт» 4,0-5,0 Технический углерод П 803 50,0-60,0 Мел природный тонкодисперсный 20,0-30,0 Транс-полинорборнен, предварительно набухший В индустриальном масле И-12А в соотношении 1:1,5 25,0-37,5 Фибра базальтовая 5,0-10,0 Капролактам 4,0-5,0 Стеарат кальция 1,5-3,0 Фактис 5,0-7,0 Модификатор РУ 1,5-2,0

Введение ингредиентов выше или ниже предельных значений приводит к ухудшению выходных характеристик резиновой смеси.

Отличительным признаком заявленного изобретения является многокомпонентная композиция выше перечисленных каучуков и ингредиентов, введенных в состав резиновой смеси и не используемых в рецептурах аналогичного назначения транс-полинорборнена, новоперокса ДК, квалистрола Б-70, капролактама и фибры базальтовой. Это позволяет получить необходимый технический результат: улучшение технологичности резиновой смеси при каландровании, в части сборки многослойной рулонной технической пластины и повышение упруго-диссипативных характеристик перфорированных по особой технологии готовых изделий.

Так как транс-полинорборнен, получаемый полимеризацией норборнена, обладает высокой адсорбционной способностью, его введение способствует улучшению технологических свойств резиновой смеси за счёт повышения степени наполнения техническим углеродом и возможности введения большого количества мягчителя и повысителей клейкости (канифоль, смола углеводородная «СМПласт», капролактам, модификатор РУ). Непосредственное введение транс - полинорборнена, представляющего собой гранулированный белый аморфный порошок размерами частиц меньше 0,8 мм, в матрицу каучука на существующем резинообрабатывающем оборудовании не представляется возможным, требуется его специальная подготовка - набухание в индустриальном масле в соотношении 1:1,5 (далее спецдобавка).

Дикумилпероксид, являясь инициатором полимеризации, способствует улучшению свойств полимерного материала, в том числе эластичность и стойкость к агрессивным средам за счет большого сшивания полимерных цепей.

Квалистрол Б-70 - технологическая добавка для резиновых смесей, представляет собой цинковые, либо кальциевые соли насыщенных жирных кислот, выпускаемые в виде чешуек. Отличается более быстрым действием на внедрение и диспергирование наполнителей в полимерной матрице. Повышает однородность физико-механических показателей, снижает производственные энергозатраты на изготовление резиновых смесей.

Фибра базальтовая представляет собой смесь коротких отрезков комплексных нитей, получающихся при рубке нитей, и является для предложенного состава резиновой смеси микроармирующей добавкой. Она обладает высокой прочностью и термостойкостью, абсолютной негорючестью, стойкостью к агрессивным средам и предназначена для трехмерного упрочнения вулканизата при совместной серно-, пероксидной вулканизации.

Подобранная комбинация полимеров (СКН-4045, ХБК 139, спецдобавка), наполнителей (мел природный тонкодисперсный, технический углерод П 324, фибра базальтовая), повысителей клейкости (канифоль, смола углеводородная «СМПласт», капролактам, модификатор РУ) и технологических добавок (квалистрол Б-70, стеарат кальция, фактис) позволили улучшить пласто-эластические, вулканизационные и упруго-диссипативные характеристики разработанной композиции.

Так как заявленная совокупность существенных признаков неизвестна, проявляет новые свойства, позволяющие получить изменение количественной меры результата, а именно позволяет улучшить упруго-диссипативные характеристики вулканизата (tgδ угла механических потерь, модуль упругости при сдвиге (G^/) и модуль упругости (Е^/) при определенной частоте) по сравнению с известной резиновой смесью, пригодна к производству в промышленных условиях, то можно сделать вывод о соответствии изобретения критериям патентоспособности.

Заявленную резиновую смесь изготавливают из следующих материалов:

- бутадиен-нитрильный каучук СКН-4045 с содержанием акрилонитрила (36-40 мас. %) - ТУ 38.30314-2006;

- хлорбутилкаучук марки ХБК-139 - ТУ 20.17.10-096-05766801-2017;

- сера - ГОСТ 127.2-93;

- сульфенамид Ц - производство КНР;

- дикумилпероксид - ТУ 2632-006-02750395-2013;

- оксид цинка - ГОСТ 202-84;

- квалистрол Б-70 - ТУ 20.59.56-005-40065452-2020;

- нафтам -2 - ГОСТ 39-79;

- канифоль - ГОСТ 19113-84;

- смола углеводородная «СМПласт» - ТУ 20.59.59-012-06859485-2019;

- технический углерод П 803 - ГОСТ 7885-86;

- мел природный тонкодисперсный - ТУ 5743-020-05346453;

- транс-полинорборнен - «Astron Industriebeteiligungs GmbН", Австрия;

- фибра базальтовая - ТУ 5769-004-80104765-2008;

- капролактам - ГОСТ 7850-2013;

- стеарат кальция - ТУ 2432-011-10269039-2013;

- масло индустриальное И-12А - ГОСТ 20799-88;

- фактис - ТУ 38 106257-79;

- модификатор РУ - ТУ 2494-019-58948815-2004.

В составе предлагаемой резиновой смеси могут использоваться аналоги каучуков и ингредиентов, выпускаемых различными отечественными производителями и иностранными фирмами, не ухудшающие потребительские и физико-механические свойства изготавливаемых изделий из резиновой смеси по изобретению.

Резиновую смесь изготавливали в лабораторных условиях в трехлитровом резиносмесителе SKI-3L, а в производственных условиях в резиносмесителе «Intermix" SKI-50L в две стадии:

1 стадия - приготовление маточной резиновой смеси:

- загрузка в резиносмеситель бутадиен-нитрильного каучука СКН 4045, хлорбутилкаучука ХБК -139, спецдобавки, ½ технического углерода П 803, фактиса и смешивание в течение 60 с при температуре 60-75°С;

- загрузка оксида цинка, нафтама-2, канифоли, квалистрола Б-70, стеарата кальция, фибры базальтовой, ½ технического углерода П 803 и смолы углеводородной «СМПласт» и смешивание в течение 240 с при температуре 95-110°С;

- выгрузка маточной резиновой смеси при температуре 110°С;

- листование на вальцах маточной резиновой смеси.

2 стадия - приготовление резиновой смеси:

- загрузка маточной резиновой смеси и перемешивание в течение 60 с при температуре 50-75°С;

- ввод мела природного тонкодисперсного, сульфенамида Ц, квалистрола Б-70, капролактама, модификатора РУ - смешивание в течение 120 с при температуре 60-80°С;

- ввод серы и дикумилпероксида - смешивание в течение 30 с при температуре 70-80°С;

- выгрузка резиновой смеси при температуре 110°С.

- листование резиновой смеси на вальцах.

Охлаждение маточной и резиновой смесей после изготовления проводят в фистонной установке.

Изобретение поясняется примерами, составы которых представлены в таблице 1.

Анализ данных, приведенных в табл.2 показывает, что новая рецептура резиновой смеси на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука марки СКН-4045 содержанием акрилонитрила 36-40 мас. % и галобутилкаучука марки ХБК-139, содержащая спецдобавку в виде набухшего в индустриальном масле И-12А и усредненного на вальцах транс-полинорборнена. имеет лучшие результаты по всем основным показателям, а с учетом проведения экспериментальных опытных работ наглядно обеспечивает существенное улучшение упруго-диссипативных свойств изделий, изготовленных по предлагаемой рецептуре.

Изобретение относится к производству резиновых изделий и может быть использовано в качестве основной составляющей в конструкциях гидроакустических и вибродемпфирующих покрытий в судостроении. Предложена композиционная резиновая смесь, содержащая по мас.ч. 80,0-90,0 бутадиен-нитрильный каучук СКН 4045, 10,0-20,0 хлорбутилкаучук ХБК-139, 1,3-1,5 серу, 0,9-1,1 сульфенамид Ц, 1,5-2,0 дикумилпероксид, 3,0-5,0 оксид цинка, 1,0-1,5 квалистрол Б-70, 1,5-2,5 нафтам-2, 4,0-5,0 канифоль, 4,0-5,0 смолу углеводородную «СМПласт», 50,0-60,0 технический углерод П 803, 20,0-30,0 мел природный тонкодисперсный, 25,0-37,5 транс-полинорборнен, предварительно набухший в индустриальном масле И - 12А в соотношении 1:1,5, 5,0-10,0 фибру базальтовую, 4,0-5,0 капролактам, 1,5-3,0 стеарат кальция, 5,0-7,0 фактис, 1,5-2,0 модификатор РУ. Технический результат – увеличение упруго-диссипативных характеристик изделий, изготовленных из предложенной резиновой смеси, а также увеличение технологичности резиновой смеси при каландровании. 2 табл., 3 пр.

Композиционная резиновая смесь для вибродемпфирующих покрытий, характеризующаяся тем, что включает бутадиен-нитрильный каучук марки СКН 4045, хлорбутилкаучук марки ХБК-139, вулканизующие агенты - серу, дикумилпероксид, ускоритель вулканизации - сульфенамид Ц, активатор вулканизации - оксид цинка, технологические добавки - квалистрол Б-70, стеарат кальция, транс-полинорборнен, масло индустриальное И-121 А, антиоксидант - нафтам-2, мягчители - канифоль, смолу углеводородную «СМПласт», фактис, наполнители - технический углерод П 803, мел природный тонкодисперсный, фибру базальтовую, повысители клейкости - капролактам, модификатор РУ при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

бутадиен-нитрильный каучук СКН 4045 80,0-90,0 хлорбутилкаучук ХБК-139 10,0-20,0 сера 1,3-1,5 сульфенамид Ц 0,9-1,1 дикумилпероксид 1,5-2,0 оксид цинка 3,0-5,0 квалистрол Б-70 1,0-1,5 нафтам - 2 1,5-2,5 канифоль 4,0-5,0 смола углеводородная «СМПласт» 4,0-5,0 технический углерод П 803 50,0-60,0 мел природный тонкодисперсный 20,0-30,0 транс-полинорборнен, предварительно набухший в индустриальном масле И - 12А в соотношении 1:1,5 25,0-37,5 фибра базальтовая 5,0-10,0 капролактам 4,0-5,0 стеарат кальция 1,5-3,0 фактис 5,0-7,0 модификатор РУ 1,5-2,0