Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука с высокими упруго-прочностными свойствами для эксплуатации в углеводородных средах Российский патент 2024 года по МПК C08L9/02 C08K13/02 C08K3/04 C08K3/06 C08K3/22 C08K5/09 C08K5/47 

Изобретение относится к производству резиновой смеси, используемой при изготовлении резинотехнических изделий различного функционального назначения, работающих в углеводородных средах, в том числе для изготовления уплотнительных колец, манжет, сальников.

Известна резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука (см. RU №2413741, кл. C08L 9/02, C08K 3/04, C08K 3/06, C08K 3/22, C08K 5/09, C08K 5/10, C08K 5/18, C08K 5/40, C08K 5/44, C08J 3/12, C08J 5/10, C08J 5/22, опубл. 10.03.2011), в состав которой входят каучук бутадиен-нитрильный парафинатный, бутадиен-метилстирольный каучук, сера техническая, тетраметилтиурамдисульфид, N,N'- дитиодиморфолин, N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид, оксид цинка, фенил-β-нафтиламин, углерод технический, дибутилфталат, дибутилсебацинат и кислота стеариновая.

При этом известная резиновая смесь обладает неудовлетворительными показателями физико-механических свойств, а именно по относительному удлинению (150-160%) и прочности при растяжении (11,0-12,5 МПа).

Резиновая смесь на основе смеси бутадиен-нитрильных каучуков по патенту RU №2572409 (кл. C08L 9/02, C08L 27/06, C08K 3/00, C08K 5/00, опубл. 10.01.2016) включает сополимер бутадиен-нитрильного каучука с поливинилхлоридом СКН-26 ПВХ-30, бутадиен-нитрильный каучук СКН-40, серу, каптакс, оксид цинка, стеариновую кислоту, диоксид кремния, фактис, мел, ацетонанил, канифоль, рубракс, пигмент (красители).

Недостатком известной резиновой смеси является низкая прочность при растяжении (10,71-12,51 МПа) и невысокая твердость (66-72 Шор А).

Известна резиновая смесь на основе смеси бутадиен-нитрильного, бутадиен-метилстирольного, этилен-пропилен-диенового, этилен-пропиленового каучуков (см. RU №2690927, кл. C08L 9/00, C08L 9/06, C08L 23/08, C08K 13/02, опубл. 06.06.2019), включающий бутадиен-нитрильный каучук, бутадиен-метилстирольный каучук СКМС-30 АКРМ15, этилен-пропилен-диеновый каучук СКЭПТ-50, этилен-пропиленовый каучук СКЭП-40, сополимер этилена с винилацетатом, с содержанием винилацетата 18-33%, диоктилфталат, дибутилсебацинат, дибутилфталат, трифенилфосфат, технический углерод, 2,5-ди(трет.-бутилперокси)-2,5-диметилгексан, трет.-бутилкумилпероксид, 1,3(4)-бис[1-(трет.-бутилперокси)-1-метилэтил]бензол, пероксид дикумила, н-бутил-4,4-ди(трет.-бутилперокси)валерат, 1,1-ди(трет.-бутилперокси)-3,3,5-триметилциклогексан, триаллилизоцианурат, триметилолпропантриакрилат.

Недостатком резиновой смеси является низкие показатели по прочности при растяжении (10,5-14,5 МПа) и относительному удлинению (150-190%).

Наиболее близкой по достижению технического результата является резиновая смесь по патенту RU № 2513628 (кл. C08L 9/00, C08K 3/04, C08K 3/20, C08K 5/00, C08K 13/02, C09K 21/02, C09K 21/06, опубл. 20.04.2014) на основе бутадиен-нитрильного каучука марки БНКС-40 АМН, содержащая тиурам Д, N,N'-дитиодиморфолин, сульфенамид Ц, нафтам-2, диафен ФП, канифоль, мел, технический углерод П 701, технический углерод П 514, оксид цинка, при этом смесь дополнительно содержит стеарин, N-нитрозодифениламин, трехокись сурьмы, хлорпарафин ХП-1100, трихлорэтилфосфат, борат бария.

Основными недостатками известного состава являются неудовлетворительные показатели по прочности и твердости.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение резиновой смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука, обладающей улучшенными показателями по твердости, относительному удлинению и прочности при разрыве, в сочетании с хорошей агрессивостойкостью.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в достижении улучшенных упруго-прочностных характеристик резиновой смеси, что позволяет повысить срок службы резинотехнических изделий на ее основе, в том числе при эксплуатации в углеводородных средах.

Для решения поставленной задачи резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука марки БНКС-40, стеариновой кислоты, оксида цинка дополнительно содержит технический углерод марки N550, ацетонанил, инденкумороновую смолу, 2-меркаптобензотиазол, дифенилгуанидин, серу. При этом соотношения ингредиентов составляет (в мас. ч. на 100,0 мас.ч. каучука): бутадиен-нитрильный каучук – 100,0; стеариновая кислота – 2,0; технический углерод – 30,0-40,0; оксид цинка – 4,0; сера – 1,0; ацетонанил – 1,0; инденкумороновая смола – 1,0; 2-меркаптобензотиазол – 2,0; дифенилгуанидин – 0,3.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения способствуют сохранению резиновой смеси в среде нефти, масла и топлива без существенных изменений структуры деталей на ее основе, улучшая эксплуатационные свойства и увеличивая работоспособность при контакте с углеводородными средами.

Получение высоких показателей упруго-прочностных свойств достигается путем подбора наиболее подходящей вулканизующей группы и введением оптимальной концентрации технического углерода в резиновую смесь. Известны бутадиен-нитрильные каучуки с разным содержанием нитрила акриловой кислоты, например, марок БНКС-18, БНКС-26 и БНКС-40, добавляемой для повышения стойкости к воздействию углеводородных сред (см. Алексеев А. Г. и др. Большой справочник резинщика, 2012). Исходя из этих данных для разработки резиновой смеси, эксплуатируемой в углеводородных средах, наиболее предпочтительной является БНКС-40.

Таким образом, резиновая смесь по заявленному техническому решению включает (в мас. ч. на 100,0 мас.ч. каучука): бутадиен-нитрильный каучук марки БНКС-40 – 100,0; стеариновую кислоту – 2,0; технический углерод N550 – 60,0-120,0; оксид цинка – 5,0; ацетонанил – 1,0; дифенилгуанидин – 0,3; инден-кумароновая смола – 1,0; 2-меркаптобензотиазол – 2,0; серу – 1,0.

Получение резиновой смеси по заявленному решению осуществляется следующим образом. Вариативное сравнение составов резиновых смесей приведено в таблице 1, технологические этапы введения ингредиентов резиновой смеси - в таблице 2.

Смешение ингредиентов резиновой смеси проводят в резиносмесителе закрытого типа при скорости вращения валков 25 об/мин и начальной температуре 40±2°С. Пластификацию каучука проводят вместе со стеариновой кислотой в течение 2 минут, при этом технический углерод вводят на 2-й минуте, оксид цинка - на 4-й минуте, ацетонанил и инденкумороновая смолу - на 10-й минуте, 2-меркаптобензотиазол и дифенилгуанидин - на 12-й минуте, серу - 14-й минуте. Общее время смешения каучука и ингредиентов составляет 20 минут.

Вулканизацию проводят при температуре 155±2°C, под давлением 10,0±0,5 МПа в течение 20 минут. Выдержка вулканизатов до испытаний составляет не менее 16 час.

Физико-механические показатели полученной резиновой смеси определяли по ГОСТ 270-75, твердость по Шору А - ISO 7619-1-2009, испытания на стойкость в ненапряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред проводили по ГОСТ 9.030-74.

Результаты испытаний показывают, что использование заявленного технического решения позволяет повысить прочностные характеристики резины в среднем на 50 % при сохранении стойкости к воздействию масла АМГ-10 (см. таблицу 3).

Таблица 1. Состав резиновых смесей (варианты)

Ингредиенты Состав, мас.ч. Прототип Предлагаемые варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 Бутадиен-нитрильный каучук БНКС-40 АМН 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 Стеариновая кислота 1,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 Оксид цинка 5,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 Сера - 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Ацетонанил - 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Дифенилгуанидин - 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Инден-кумароновая смола - 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Технический углерод N550 - 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 120,0 2-Меркаптобензотиазол - 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 N,N'-дитиодиморфолин 2,0 - - - - - - - Тиурам Д 1,5 - - - - - - - Сульфенамид Ц 2,0 - - - - - - - Нафтам-2 1,5 - - - - - - - Диафен ФП 1,0 - - - - - - - Канифоль 5,0 - - - - - - - N-нитрозодифениламин 1,0 - - - - - - - Мел 30,0 - - - - - - - Технический углерод П 701 55,0 - - - - - - - Технический углерод П 514 20,0 - - - - - - - Трехокись сурьмы 4,0 - - - - - - - Хлорпарафин ХП-1100 20,0 - - - - - - - Трихлорэтилфосфат 15,0 - - - - - - - Борат бария 5,0 - - - - - - -

Таблица 2. Технологические этапы введения ингредиентов резиновой смеси

Ингредиенты Мас.ч. Время ввода, мин бутадиен-нитрильный каучук 100,0 0 стеариновая кислота 2,0 0 технический углерод 60,0-120,0 2 оксид цинка 4,0 4 ацетонанил 1,0 10 инденкумороновая смола 1,0 10 2-меркаптобензотиазол 2,0 12 дифенилгуанидин 0,3 12 сера 1,0 14 ИТОГО: 171,3-231,3 20

Таблица 3. Свойства вулканизатов (варианты)

Ингредиенты Резиновая смесь по примерам Прототип Предлагаемые варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 fр, МПа 10 17,2 17,3 17,7 16,6 16,7 15,6 14,1 εp, % 400 503 403 361 289 224 200 122 H, Шор А 70-75 77 80 83 86 89 90 92 ∆Q, % - 5,21 4,78 4,3 4,2 3,7 3,5 3,3

εp, % - относительное удлинение при разрыве; fр, МПа - условная прочность при разрыве; H, Шор А - твердость по Шору А; ∆Q, % - степень набухания в среде масла АМГ-10.

Изобретение относится к резиновым смесям, используемым при изготовлении резинотехнических изделий различного функционального назначения, работающих в углеводородных средах, в том числе для изготовления уплотнительных колец, манжет, сальников. Предложена резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука, стеариновой кислоты, оксида цинка, которая дополнительно содержит технический углерод марки N550, ацетонанил, инденкумороновую смолу, 2-меркаптобензотиазол, дифенилгуанидин, серу, при следующем соотношении ингредиентов (мас. ч.): бутадиен-нитрильный каучук – 100,0; стеариновая кислота – 2,0; технический углерод – 60,0-100,0; оксид цинка – 4,0; сера – 1,0; ацетонанил – 1,0; инденкумороновая смола – 1,0; 2-меркаптобензотиазол – 2,0; дифенилгуанидин – 0,3. Технический результат – улучшение упруго-прочностных характеристик резиновой смеси, что позволяет повысить срок службы резинотехнических изделий на ее основе, в том числе при эксплуатации в углеводородных средах. 3 табл.

Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука, стеариновой кислоты, оксида цинка, отличающаяся тем, что дополнительно содержит технический углерод марки N550, ацетонанил, инденкумороновую смолу, 2-меркаптобензотиазол, дифенилгуанидин, серу, при следующих соотношениях ингредиентов, мас.ч.:

бутадиен-нитрильный каучук 100,0 стеариновая кислота 2,0 оксид цинка 4,0 технический углерод 60,0-100,0 ацетонанил 1,0 инденкумороновая смола 1,0 2-меркаптобензотиазол 2,0 дифенилгуанидин 0,3 сера 1,0