Малявина Ю.М., Хорин Н.Ю., Протасов А.В., Голякевич А.А.

Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Россия

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕМ ОБОРУДОВАНИИ

Метод капиллярной вискозиметрии при использовании приборов с высокой разрешающей способностью обеспечивает измерения реологических параметров, соответствующих условиям реального процесса переработки, поскольку другие широко используемые методы не позволяют установить зависимость напряжений от скорости сдвига (10³ ÷ 10⁴ с^-1). Знание реологических свойств помогает сформулировать условия, необходимые для получения конечного изделия, и облегчает выбор перерабатывающего оборудования.

Исследование реологических свойств в широком диапозоне скоростей сдвига, близких к производственным, проводили на автоматическом капиллярном реометре «Smart RHEO 1000» с программным обеспечением «CeastVIEW 5.94 4D» и капилляром диаметром 1 мм, длиной 20 мм.

По результатам исследований получены зависимости изменения показателя «кажущейся» вязкости - lg η ( Па*с), от содержания карбонатного наполнителя (40 ÷ 400 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука).

Рисунок 1- Изменение показателя «кажущейся» вязкости (lg η) от степени наполнения (ω) эластомерной композиции при скорости сдвига lg γ = 2 (с^-1)

С увеличением значений скорости сдвига показатель «кажущейся» вязкости уменьшается (рисунок 2). Кривые течения – инвариантны, что указывает об отсутствии структурных превращениях в полимерной фазе эластомерной композиции.

Рисунок 2 – Изменение показателя «кажущейся» вязкости lg(η), Па_*с, от

скорости сдвига lg(γ), с^-1 при деформировании эластомерной композиции с содержанием карбонатного наполнителя 40÷400 мас. %

Показано, при деформировании через капилляр эластомерной композиции с содержанием карбонатного наполнителя 100 мас. ч на 100 мас.ч. каучука отмечается изменение шероховатости поверхности экструдата, что указывает на проявление режима неустойчивого течения. При этом четко отмечается искажение поверхности экструдата от температуры, в частности, максимальное искажение наблюдается при температуре 170 °С.

Выявлено, что температурные зависимости показателей «кажущейся» вязкости для эластомерных композиций с различным содержанием карбонатного наполнителя в интервале от 90 до 170 ⁰С имеют точку перегиба, которая разграничивает их на два участка с различными углами наклона, что обуславливает различные механизмы «течения». Точка перегиба показателя «кажущейся» вязкости от температуры находится в области 108 ÷ 112 ⁰С для эластомерных композиций с различным содержанием карбонатного наполнителя. Установлено, что в температурном интервале от 90 до 170 ⁰С наблюдаются различные значения энергиями активации (см табл.), которые подтверждают отличие механизмов «течения».

Таблица – Значения энергии активации «течения» эластомерной композиции с содержанием модифицированного карбонатного наполнителя 100 на 100 мас.ч. каучука в зависимости от скорости деформирования

Скорость деформирования, (с^-1)	Значения энергии активации «течения» ( Е, кДж/моль) в области температур (°С)
	90 ÷ 130	130 ÷ 170
lg γ = 1,4 lg γ= 1,7 lg γ= 2,0	6,15 7,69 9,14	4,53 3,02 1,31

Следует отметить, что значения кажущейся энергии активации для эластомерных композиций с карбонатным наполнителем при деформировании через капилляр отмечаются ниже значений энергии активации течения Е = 21÷59 кДж/моль бутадиен-стирольных каучуков, что указывает на принципиально иной механизм «течения» в различных температурных областях.

Таким образом, «течение» высоконаполненного модифицированным карбонатом кальция бутадиен-стирольного каучука, реализуется по прослойке органической соли в кольцевом зазоре канала, т.к. кривые течения инвариантны при различной степени наполнения, но имеют значения энергии активации значительно ниже, чем у бутадиен-стирольного каучука. Использование реометра капиллярного типа позволяет смоделировать условия и определить оптимальные параметры переработки в высокоскоростном оборудовании наполненных модифицированным химически осажденным карбонатом кальция эластомерных композиций.