Экспериментальная часть и обсуждение результатов

 

Задача работы решались путем определения влияния: концентрации каучука и динамической вулканизации на деформационно-прочностные свойства смесей полиолефин - 1,2-полибутадиен.

ДТЭП на основе ПП и ПЭ получают с использованием СКЭПТ, т.к. у него наибольшая совместимость с матричными полимерами.1,2-полибутадиен имеет также хорошую совместимость с данными матрицами и при этом обладает исключительной стойкостью к термоокислительной деструкции и высоким сопротивлением тепловому старению. Предполагается, что ДТЭП на его основе будут обладать теми же ценными свойствами.

Расчет параметров растворимости показывает, что 1,2-полибутадиен с ПЭ и ПП хорошо совместимы:

1,2-полибутадиен:

ρ - 0,96 г/см³, М_о - 54 г/моль

F^1.2-ПБ=F + F + F + F =133+28+111+190=462

F^1.4-ПБ=2F + 2F =2*133+2*111=488

 (кал/см³)

СКЭПТ-712

ρ - 0,86 г/см³

СКЭПТ: 52% - ПЭ, 48% - ПП, 4,5% -ЭНБ

F^ПЭ = 2F =2*133=266 Мпэ=42 г/моль

F^ПП=F + F + F^-CH3=133+28+214=375

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.