ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ВУЛКАНИЗАТОВ СМЕСЕЙ КАУЧУКА СКИ-3 С ТРАНС-1,4-ПОЛИИЗОПРЕНОМ

EVALUATION OF PERFOMANCE PROPERTIES OF VULCANIZATES ISOPRENE RUBBER SKI-3 MIXTURES WITH TRANS-1,4-POLYISOPRENE

Базовым каучуком отечественной резиновой промышленности является синтетический изопреновый каучук марки СКИ-3. Доля его потребления от общего количества синтетических каучуков в России составляет 34 %.

С каждым годом спрос на СКИ-3 растёт, а вместе с тем повышаются технические требования из-за ужесточения условий эксплуатации. 

На сегодняшний день ведётся значительное количество исследований, направленных на поиск новых методов модификации изопренового каучука и придания ему эксплуатационных характеристик, присущих натуральному, среди которых: повышенные когезионные свойства резиновых смесей, повышенное сопротивление росту трещин вулканизатов, низкое сопротивление шин качению при сохранении или одновременном улучшении сцепления шин с дорогой и износостойкости [1]. Несмотря на многочисленные исследования, в мире пока нет ни одной марки синтетического изопренового каучука, свойства которой были бы в полной мере приближены к натуральному каучуку. 

Вместе с тем введение до 20-25 м. ч. транс-1,4-полиизопрена в смеси протектора и боковины взамен НК и (или) других каучуков позволяет уменьшить потери на качение, улучшить сопротивление росту трещин резин [1,2].

Цель данного исследования: повышение эксплуатационных характеристик вулканизатов каучука марки СКИ-3 путём его модификации транс-1,4-полиизопреном. 

Для изготовления резиновых смесей на основе базового и модифицированных каучуков использовали рецепт согласно ГОСТ Р 54548-2011. Составы смесей приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Составы резиновых смесей на основе СКИ-3 и транс-1,4-полиизопрена

Наименование ингредиента

Массовая часть

Контрольный образец

Опытный образец 1

Опытный образец 2

Каучук СКИ-3

100,0

90,0

80,0

транс-1,4-Полиизопрен

-

10,0

20,0

Белила цинковые

5,0

5,0

5,0

Кислота стеариновая

2,0

2,0

2,0

Сера

2,25

2,25

2,25

TBBS

0,7

0,7

0,7

Технический углерод из нефтяного сырья

35,0

35,0

35,0

 

Приготовление резиновых смесей, а также процесс листования и кондиционирования проводили в соответствии с ГОСТ Р 54548-2011.

Полученные резиновые смеси разрезали на пластины, соответствующие размеру ячейки пресс-формы. Поместили пластины в нагретые в прессе до температуры 135 °С в течение 20 минут вулканизационные пресс–формы. Резиновые смеси вулканизовали при температуре 135 °С в течение 40 минут [3].

Оценку эксплуатационных свойств образцов резиновой смеси проводили на анализаторе перерабатываемости резин RPA-2000 [4]. Величину гистерезисных потерь оценивали по тангенсу угла механических потерь (отношение эластического и пластического модулей сдвига материала) при деформации сдвига 10 %, в режиме изменения деформаций. Величину сопротивления качения оценивали по тангенсу угла механических потерь при деформации сдвига 5 %, в режиме изменения температур. Распределение технического углерода в резиновой смеси (эффект Пейна) оценивали по разности эластических модулей сдвига G' (отношения эластической составляющей крутящего момента к деформации сдвига) при деформации 2 % и 50 % и температуре 100 °С.

В таблице 2 представлены результаты оценки эксплуатационных свойства модифицированного транс-1,4-полиизопреном и контрольного образцов.

Таблица 2 – Результаты оценки эксплуатационных свойств полученных и контрольного образцов

Образец

Оценка эксплуатационных свойств вулканизатов

Оценка качества распределения ТУ в резиновой смеси

Гистерезисные потери
(tgd 10 %, RPA2000)

Сопротивление качению
(tgd 60 °C,
RPA 2000)

Эффект Пейна, кПа (G'2 % – G'50 %, RPA2000)

Контрольный образец

0,125

0,124

67

Опытный образец 1

0,126

0,132

109

Опытный образец 2

0,147

0,127

103

 

В таблице можно видеть, как изменились свойства образцов с добавлением в состав резиновой смеси транс-1,4-полиизопрена. Значения гистерезисных потерь контрольного образца и образца 1 находятся на одном уровне, образец 2 имеет большие гистерезисные потери. Величина сопротивления качению для всех образцов имеет близкие значения. Распределение технического углерода в резиновой смеси для образцов 1 и 2 находится на одном уровне, в контрольном образце распределение технического углерода лучше. Таким образом, при увеличении содержания транс-1,4-полиизопрена в резиновой смеси значительно повысились потери энергии на внутреннее трение, наблюдается ухудшение диспергирования технического углерода – распределения наполнителя.  

Величину сопротивления качению вулканизатов также оценивали значением коэффициента трения качения шарика по резиновой пластине методом наклонного маятника [5].

Сопротивление вулканизатов истиранию при качении с проскальзыванием оценивали в соответствии с ГОСТ 12251-77 [6] при использовании абразивной ленты монокорунд 150, частоте вращения образца 350 об/мин и температуре 23 °С в течение 180 с. Испытуемую резину в форме полоски шириной 10 мм и толщиной 2 мм наклеивали на образцы из контрольной резины. Интенсивность истирания определяли по убыли объёма образца за время испытания, за результат испытания принимали среднее арифметическое значение показателей трёх образцов.

Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Значения коэффициента трения качения и степени истирания для различных образцов вулканизатов

Образец

Коэффициент трения качения μ, мм

Интенсивность истирания J∙10-10, м3

Контрольный образец

0,079 ± 0,027

0,86 ± 0,43

Опытный образец 1

0,091 ± 0,020

0,37 ± 0,37

Опытный образец 2

0,087 ± 0,027

0

 

По результатам таблицы видно, что модификация СКИ-3 транс-1,4-полиизопреном не приводит к уменьшению потерь на качение, но способствует снижению интенсивности истирания вулканизатов, причём при введении транс-1,4-полиизопрена в соотношении 1:4 к СКИ-3 истирание в условиях испытаний практически не происходит. Таким образом, модификация транс-1,4-полиизопреном может быть рекомендована для повышения сопротивления вулканизатов на основе СКИ-3 истиранию при их эксплуатации в условиях качения с проскальзыванием.

 

Литература

 

  1. Куперман Ф.Е. Новые каучуки для шин. Растворные каучуки с повышенным содержанием винильных звеньев, альтернативные эмульсионному БСК. Транс-полимеры и сополимеры изопрена и бутадиена – М.: ООО «Научно-технический центр НИИШП», 2011. – 367 с.
  2. Song J.S., Huang B.C., Yu D.S. Progress of Synthesis and Application of trans-1,4-Polyisoprene. // J. Appl. Polymer Sci. – 2001. – V. 82, N 1. – P. 81-89. https://doi.org/10.1002/app.1826.
  3. ГОСТ Р 54548-2011 КАУЧУКИ ИЗОПРЕНОВЫЕ (IR). Приготовление и испытание резиновых смесей [Текст]. Введ. с 01.07.2013 - М.: Стандартинформ, 2013. – 11с.
  4. Enterprise Database RPA 2000, Alpha Technologies U.S., Akron. – 2005. – 40 p.
  5. Рахманкулова Г.А., Суркаев А.Л. Определение коэффициента трения методом наклонного маятника [Электронный ресурс]: методические указания / Г.А. Рахманкулова, А.Л. Суркаев // Сборник «Методические указания» Выпуск 3. – Электрон. текстовые дан. (1файл: 141Kb) – Волжский: ВПИ (филиал) ГОУВПО ВолгГТУ, 2011.
  6. ГОСТ 12251-77. Резина. Метод определения сопротивления истиранию при качении с проскальзыванием [Текст]. – Взамен ГОСТ 12251-66; Введ. с 01.07.1979 – Москва: Изд-во стандартов, 1978. – 3 с.

 

  1. Kuperman F.E. New rubbers for tires. Solution rubbers with a high content of vinyl links, alternative to emulsion BSR. Trans-polymers and copolymers of isoprene and butadiene – M.: LLC "Scientific and Technical Center of NIISHP", 2011. – 367 p.
  2. Song J.S., Huang B.C., Yu D.S. Progress of Synthesis and Application of trans-1,4-Polyisoprene. // J. Appl. Polymer Sci. – 2001. – V. 82, N 1. – P. 81-89. https://doi.org/10.1002/app.1826 .
  3. GOST R 54548-2011 ISOPRENE RUBBERS (IR). Preparation and testing of rubber compounds [Text]. Introduced from 01.07.2013 - Moscow: Standartinform, 2013. – 11c.
  4. Enterprise Database RPA 2000, Alpha Technologies U.S., Akron. – 2005. – 40 p.
  5. Rakhmankulova G.A., Surkaev A.L. Determination of the coefficient of friction by the method of an inclined pendulum [Electronic resource]: guidelines / G.A. Rakhmankulova, A.L. Surkaev // Collection "Guidelines" Issue 3. – Electron. text data. (1file: 141Kb) – Volzhsky: VPI (branch) GOVPO VolgSTU, 2011.
  6. GOST 12251-77. Rubber. Method for determining abrasion resistance during rolling with slippage [Text]. – Instead of GOST 12251-66; Introduced from 01.07.1979 – Moscow: Publishing House of Standards, 1978. – 3 p.