Физика/10. Физика полимеров.

КИНЕТИКА И МЕХАНИЗМ ВУЛКАНИЗАЦИИ ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Ф.Ш.Саманова – Магистр Бухарского ГУ

Э.С.Назаров – Доцент Бухарского ГУ, кандидат технических наук

Х.O.Джураев – Доцент Бухарского ГУ, кандидат педагогических наук

Ш.Э.Назарова – студент Бухарского ГУ

Современный этап научно-технического прогресса во многом определяется созданием эффективной энергосберегающей и экологически безопасной технологии получения композиционных полимерных и эластомерных материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами. Среди разнообразных композиционных эластомерных материалов особое значение приобретают прорезиненные ткани, транспортерные ленты и т.п., которые пользуются большим спросом в строительстве, горнодобывающей промышленности и ряде других отраслей народного хозяйства. К основной, заключительной стадии производства вышеуказанных видов резинотехнических изделий относится процесс вулканизации, от которого зависят свойства получаемых композиционных эластомерных материалов.

В общей проблеме вулканизации композиционных эластомерных материалов большое значение придается созданию энергосберегающей и экологически безвредной технологии, обеспечивающей уменьшение выделения в атмосферу токсичных выбросных газов и исключающей опасности преждевременной вулканизации на стадиях смешения, хранения и переработки. Существующая традиционная технология высокотемператур-ной серной вулканизации резиновых смесей осуществляется при повышенном давлении (≥ 10 МПа) и температуре (≥ 416 К) и сопровождается выделением летучих токсичных газов, что ухудшает экологическую обстановку. Изучение кинетики вулканизационных процессов, протекающих с участием видимых и невидимых лучей позволяет выявить ряд общих закономерностей вулканизации эластомеров, имеющих немаловажное значение при формировании структуры композиционных эластомерных материалов.

В этой связи особый интерес представляло изучение вулканизации эластомерных композиций под действием керамических ИК-излучателей и выяснение влияния специфики их состава и структуры на характер кинетики процесса вулканизации. Благодаря относительно узкому интервалу частот ИК-лучей, возникающих при нагревании керамических ИК-излучателей, становится возможным осуществить процесс вулканизации за сравнительно короткое время с достаточно высокой эффективностью. Кинетику вулканизации эластомерных композиций изучали при различных мощностях источника излучения методом суперпозиции. Вулканизацию проводили на стандартных резиновых пластинах толщиной 2 мм при мощностях ИК- облучения 20-60 Вт. Для обеспечения равномерности действия ИК-лучей резиновую пластину помещали в специальную установку типа Дьюара, внутри которой расположен керамический излучатель, обогреваемый медной спиралью, концы которой соединены через ЛАТР в блок питания. Температура на поверхности керамического излучателя отрегулирована с помощью датчика и составляла 140-150⁰С. Степень вулканизации оценивали по изменению числа поперечно – химических связей и содержанию золь-гель фракции в эластомерных композициях во времени. Скорость вулканизации определяли по содержанию связанной серы в вулканизатах. При этом показано, что с увеличением продолжительности облучения возрастает скорость вулканизации. Сопоставляя полученные данные, можно отметить, что наибольшая скорость вулканизации наблюдается в резиновых смесях на основе кристаллизующегося каучука СКИ-3.

Изучение влияния мощности ИК-облучения на кинетику вулканизации показало, что с увеличением мощности облучения возрастает степень сшивки вулканизатов, о чем свидетельствует возрастание числа поперечно-химических связей. Следует отметить, что наибольшая степень сшивки вулканизатов достигается при мощностях ИК-облучения 60 Вт (рис. 1).

Весьма интересные результаты были получены при изучении скорости структурирования с помощью золь-гель метода.

Рис.1. Зависимость степени сшивки эластомерных композиций на основе каучуков СКИ – 3 (1) и СКМС – 30АРКМ – 15 (2) от мощности

ИК – облучения.

Полученные данные указывают на то, что степень сшивки макромолекул каучуков во многом связана с мощностью источника ИК-облучения, приводящего к образованию поперечных полисульфидных связей.

Результаты исследования кинетики набухания вулканизатов позволяют определить, насколько сформирована густота сетки. Из кинетических данных следует, что скорость набухания вулканизатов постепенно снижается по мере увеличения мощности ИК-облучения (рис.2).

Характер кинетических кривых набухания вулканизатов на основе каучуков СКИ–3, СКМС–30АРКМ–15 хорошо описывается в рамках существующих представлений о механизме серной вулканизации.

Однако, следует заметить, что в отличие от традиционной вулканизации наблюдается значительное уменьшение содержания летучих веществ за счет протекания вулканизации в умеренных условиях и отсутствии давления, вследствие этого, относительно равномерного распределения полисульфидных связей в макромолекулах каучука.

Рис. 2. Кинетика набухания вулканизатов на основе каучука

СКМС-30АРКМ-15 при различных мощностях:

1 – 20 Вт; 2 – 40 Вт; 3 – 60 Вт.

Проведенные исследования кинетики вулканизации эластомеров под действием керамических ИК-излучателей указывают на специфику механизма их действия. Прежде всего, это обусловлено особенностями состава и структуры ИК-излучателей на основе функциональной керамики. Можно было полагать, что с подбором химического состава функциональной керамики становится возможным регулирование длины волн ИК-лучей в отличие от традиционных ламп накаливания и галогеновых ламп, которые при нагревании вырабатывают лучевую энергию широкого спектра. Благодаря специальному химическому составу, предложенные керамические композиции отличаются узким диапазоном длины волн (750 – 1500 нм).

Вышеотмеченные узко спектральные действия ИК-лучей, возникающие в керамических преобразователях, играют существенную роль в процессе структурирования эластомеров, чем и была обусловлена относительно высокая скорость вулканизации эластомеров по сравнению с традиционными ИК-излучателями. При импульсном воздействии на макромолекулы каучука происходит поглощение части энергии из-за низкой теплопроводности композиции, часть энергии расходуется на нагрев массы, ускоряя тем самым процесс вулканизации.

Литература:

1. Юсупбеков А.Х., Негматов С.С., Янгибаев А.Э., Назаров Э.С., Хамраев И.Ж. Перспективные направления в технологии композиционных эластомерных ма-териалов.// «Композиционные материалы», 2005.- № 4.- С. 5-6.

2. Назаров Э.С., Юсупбеков А.Х., Бахриддинова А.М., Казимов М.К. Энергосберегающая и экологически безвредная технология вулканизации эластомерных композиций.// «Композиционные материалы», 2006.- № 4.- С. 66.

3. Юсупбеков А.Х., Негматов С.С., Янгибаев А.Э., Назаров Э.С., Шагиев Р.Ф. Роль микронизированных минеральных наполнителей при создании композиционных эластомерных материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами. //«Композиционные материалы» Ташкент, 2007.-№ 1.-С.4-6.

4. Юсупбеков А.Х., Назаров Э.С., Хамраев И. Ж., Козимов М.А., Саидова М.Н. Усиление свойств эластомеров наноструктурированными минеральными наполнителями. Материалы Республиканской научно-технической конференции с участием зарубежных стран //Получение нанокомпозитов, их структура и свойства.// Ташкент, 2008.-С.24.