Полиуретановые материалы

Полиуретановые материалы

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Волгоградский Государственный технический университет

ВОЛЖСКИЙ ПОЛИТЕХНИчЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Факультет___________________________________________________________________

____

Направление

подготовки__________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____

Выпускная работа бакалавра

тема:_______________________________________________________________________

____

____________________________________________________________________________

____________________

____________________________________________________________________________

____________________

Код выпускной работы: ________________________________

Студент _____________________________________________

_____________

(Фамилия, имя, отчество)

(Подпись)

Руководитель работы __________________________________

_____________

(фамилия, инициалы)

(Подпись)

Консультанты ________________________________________

_____________

(фамилия, инициалы)

(Подпись)

________________________________________

_____________

(фамилия, инициалы)

(Подпись)

________________________________________

_____________

(фамилия, инициалы)

(Подпись)

Зав. кафедрой __________ ____________________________

_____________

(аббревиатура) (фамилия, инициалы)

(Подпись)

Волжский

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Волгоградский Государственный технический университет

ВОЛЖСКИЙ ПОЛИТЕХНИчЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Факультет__________________________________Кафедра_________________________

Напрвление__________________________________________________________________

«УТВЕРЖДАЮ»

Зав.кафедрой

____________________

“___”_______________199___г.

Задание

Студента____________________________________________________________________

____

(фамилия, имя, отчество)

1.Тема______________________________________________________________________

____

____________________________________________________________________________

____

____________________________________________________________________________

____

утверждена приказом по институту от «____» _____________ 199__ г.

___________________

2. Срок сдачи

____________________________________________________________________

3. Исходные данные:

_____________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____

____________________________________________________________________________

____

____________________________________________________________________________

____

4. Содержание выпускной работы (перечень подлежащих разработке вопросов)

___________

____________________________________________________________________________

____

____________________________________________________________________________

____

____________________________________________________________________________

____

____________________________________________________________________________

____

____________________________________________________________________________

____

____________________________________________________________________________

____

5. Перечень иллюстративного материала (с точным указанием обязательных

иллюстраций)__

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

________________________

6. Консультанты по работе с указанием относящихся к ним разделов

|Раздел |Консультант | |

| | |Задание выдал |Задание принял |

| | | | |

| | | | |

| | | | |

| | | | |

7. Дата выдачи задания

___________________________________________________________

Руководитель

работы_____________________________________________________________

(фамилия, инициалы)

(подпись)

Студент

________________________________________________________________________

(фамилия, инициалы)

(подпись)

1. Литературный обзор.

1.1. Введение.

Защита резин от теплового и озонного старения является основной целью

данной работы. В качестве ингредиентов, защищающих резину от старения,

применяются композиция диафена ФП с диафеном ФФ и поливинилипоридом

(дисперсная среда). Процесс изготовления противостарительной пасты

описывается в экспериментальной части.

Противостарительную пасту применяют в резинах на основе изопренового

каучука СКИ-3. Резины на основе этого каучука стойки к действию воды,

ацетона, этилового спирта и не стойки к действию бензина, минеральных и

животных масел и т.д. [1]

При хранении резин и эксплуатации резиновых изделий происходит

неизбежный процесс старения, приводящий к ухудшению их свойств. Чтобы

улучшить свойства резин применяют диафен ФФ в композиции с диафеном ФП и

поливинилхлоридом, которые также позволяют в некоторой степени решить

вопрос о выцветании резин.

1.2. Старение резин.

При хранении каучуков, а также при хранении и эксплуатации резиновых

изделий происходит неизбежный процесс старения, приводящий к ухудшению их

свойств. В результате старения снижается прочность при растяжении,

эластичность и относительное удлинение, повышаются гистерезисные потери и

твердость, уменьшается сопротивление истиранию, изменяется пластичность,

вязкость и растворимость невулканизированного каучука. Кроме того, в

результате старения значительно уменьшается продолжительность эксплуатации

резиновых изделий. Поэтому повышение стойкости резины к старению имеет

большое значение для увеличения надежности и работоспособности резиновых

изделий [1].

Старение – результат воздействия на каучук кислорода, нагревания,

света и особенно озона.

Кроме того, старение каучуков и резин ускоряется в присутствии

соединений поливалентных металлов и при многократных деформациях [2].

Стойкость вулканизатов к старению зависит от ряда факторов, важнейшими

из которых является:

- природа каучука;

- свойства содержащихся в резине противостарителей, наполнителей и

пластификаторов (масел);

- природа вулканизирующих веществ и ускорителей вулканизации (от них

зависит структура и устойчивость сульфидных связей, возникающих при

вулканизации);

- степень вулканизации;

- растворимость и скорость диффузии кислорода в каучуке;

- соотношение между объемом и поверхностью резинового изделия (с

увеличением поверхности увеличивается количество кислорода,

проникающего в резину) [1].

Наибольшей стойкостью к старению и окислению характеризуются полярные

каучуки – бутадиен-нитрильные, хлоропреновые и др. Неполярные каучуки менее

стойки к старению. Их сопротивление старению определяется главным образом

особенностями молекулярной структуры, положением двойных связей и их

количеством в основной цепи. Для повышения стойкости каучуков и резин к

старению в них вводят противостарители, которые замедляют окисление и

старение [3].

1.2.1. Виды старения.

В связи с тем, что роль факторов, активирующих окисление, меняется в

зависимости от природы и состава полимерного материала, резличают в

соответствии с преимущественным влиянием одного из факторов следующие виды

старения:

1) тепловое (термическое, термоокислительное) старение в результате

окисления, активированного теплом;

2) утомление – старение в результате усталости, вызванной действием

механических напряжений и окислительных процессов, активизированных

механическим воздействием;

3) окисление, активированное металлами переменной валентности;

4) световое старение – в результате окисления, активизированного

ультрафиолетовым излучением;

5) озонное старение;

6) радиационное старение под действием ионизирующих излучений [4].

В данной работе исследуется влияние противостарительной дисперсии ПВХ

на термоокислительную и озонную стойкость резин на основе неполярных

каучуков. Поэтому далее подробнее рассматриваются термоокислительное и

озонное старение.

1.2.2. Тепловое старение.

Тепловое старение – результат одновременного воздействия тепла и

кислорода. Окислительные процессы являются главной причиной теплового

старения в воздушной среде.

Большинство ингредиентов в той или иной степени влияют на эти

процессы. Технический углерод и другие наполнители адсорбируют

противостарители на своей поверхности, уменьшают их концентрацию в каучуке

и, следовательно, ускоряют старение. Сильно окисленные сажи могут быть

катализаторами окисления резин. Малоокисленные (печные, термические) сажи,

как правило, замедляют окисление каучуков [5].

При тепловом старении резин, которое протекает при повышенных

температурах, необратимо изменяются практически все основные физико-

механические свойства. Изменение этих свойств зависит от соотношения

процессов структурирования и деструкции. При тепловом старении большинства

резин на основе синтетических каучуков преимущественно происходит

структурирование, что сопровождается снижением эластичности и повышением

жесткости. При тепловом старении резин из натурального и синтетического

изопропенового каучука и бутил каучука в большей мере развиваются

деструктивные процессы, приводящие к уменьшению условных напряжений при

заданных удлинения и повышению остаточных деформаций [6].

Отношение наполнителя к окислению будет зависеть от его природы, от

типа ингибиторов, введенных в резину, и от характера вулканизационных

связей [2].

Ускорители вулканизации, как и продукты, их превращения, остающиеся в

резинах (меркаптаны, карбонаты и др.), могут участвовать в окислительных

процессах. Они могут вызывать разложение гидроперекисей по молекулярному

механизму и способствовать, таким образом, защите резин от старения [7].

Существенное влияние на термическое старение оказывают природа

вулканизационной сетки. При умеренной температуре (до 70о) свободная сера и

полисульфидные поперечные связи замедляют окисление. Однако при повышении

температуры перегруппировка полисульфидных связей, в которую может

вовлекаться и свободная сера, приводит к ускоренному окислению

вулканизатов, которые оказываются в этих условиях нестойким. Поэтому

необходимо подбирать вулканизационную группу, обеспечивающую образование

стойких к перегруппировке и окислению поперечных связей [8].

Для защиты резин от теплового старения применяются противостарители,

повышающие стойкость резин и каучуков к воздействию кислорода, т.е.

вещества, обладающие свойствами антиоксидантов – прежде всего вторичные

ароматические амины, фенолы, бисфинолы и др. [1]

1.2.3. Озонное старение.

Озон оказывает сильное влияние на старение резин даже в незначительной

концентрации. Это обнаруживается иногда уже в процессе хранения и перевозки

резиновых изделий. Если при этом резина находится в растянутом состоянии,

то на поверхности ее возникают трещины, разрастание которых может привести

к разрыву материала [9].

Озон, по-видимому, присоединяется к каучуку по двойным связям с

образованием озонидов, распад которых приводит к разрыву макромолекул и

сопровождается образованием трещин на поверхности растянутых резин. Кроме

того, при озонировании одновременно развиваются окислительные процессы,

способствующие разрастанию трещин. Скорость озонного старения возрастает

при увеличении концентрации озона, величины деформации, повышении

температуры и при воздействии света.

Понижение температуры приводит к резкому замедлению данного старения.

В условиях испытаний при постоянном значении деформаций; при температурах,

превышающих на 15-20 градусов Цельсия температуру стеклования полимера,

старение почти полностью прекращается [10].

Стойкость резин к действию озона зависит главным образом от химической

природы каучука.

Резины на основе различных каучуков по озоностойкости можно разделить

на 4 группы:

1) особо стойкие резины (фторкаучуки, СКЭП, ХСПЭ);

2) стойкие резины (бутилкаучук, пеарит);

3) умеренно стойкие резины, не растрескивающиеся при действии

атмосферных концентраций озона в течение нескольких месяцев и

устойчивые более 1 часа к концентрации озона около 0,001%, на

основе хлоропренового каучука без защитных добавок и резин на

основе непредельных каучуков (НК, СКС, СКН, СКИ-3) с защитными

добавками;

4) нестойкие резины.

Наиболее эффективно при защите от озонного старения совместное

применение антиозонтов и воскообразных веществ.

К антиозонантам химического действия относятся N-замещенные

ароматические амины и производные дигидрохинолина. Антиозонанты реагируют

на поверхности резины с озоном с большой скоростью, значительно

превосходящей скорость взаимодействия озона с каучуком. В результате этого

процесса озонного старения замедляется [11].

Наиболее эффективными противостарительными и антиозонтами для защиты

резин от теплового и озонного старений являются вторичные ароматические

диамины.

1.3. Противостарители и антиозонанты.

Наиболее эффективными противостарителями и антиозонантами являются

вторичные ароматические амины.

Они не окисляются молекулярным кислородом ни в сухом виде, ни в

растворах, но окисляются перекисями каучука в процессе теплового старения и

при динамической работе, вызывая отрыв цепи. Так дифениламин; N, N’-дифенил-

nфенилендиамин при динамическом утомлении или тепловом старении резин

расходуется почти на 90%. При этом изменяется только содержание групп NH,

содержание же азота в резине остается неизменным, что указывает на

присоединение противостарителя к углеводороду каучука [12].

Противостарители этого класса обладают очень высоким защитным

действием от теплового и озонного старения.

Одним из широко распрастраненных представителей этой группы

противостарителей является N,N’-дифенил-n-фенилендиалин (диафен ФФ).

Это эффективный антиоксидант, повышающий сопротивление резин на основе

СДК, СКИ-3 и натурального каучука действию многократных деформаций. Диафен

ФФ окрашивает резину.

Наилучшим противостарителем по защите резин от теплового и озонного

старения, а также от утомления является диафен ФП, однако он отличается

сравнительно высокой летучестью и легко экстрагируется из резин водой [13].

N-Фенил-N’-изопропил-n-фенилендиамин (диафен ФП, 4010 NA, сантофлекс

IP) имеет следующую формулу:

С увеличением величины алкильной группы заместителя увеличивается

растворимость вторичных ароматических диаминов, в полимерах; повышаются

устойчивость к вымыванию водой, уменьшается летучесть и токсичность [14].

Сравнительная характеристика диафена ФФ и диафена ФП приводится

потому, что в данной работе проводятся исследования, которые вызваны тем,

что использование диафена ФФ как индивидуального продукта приводит к

«выцветанию» его на поверхности резиновых смесей и вулканизатов. К тому же

он по защитному действию несколько уступает диафену ФП; имеет в сравнении с

последним более высокую температуру плавления, что отрицательно сказывается

на распределении его в резинах [15].

В качестве связующего (дисперсной среды) для получения пасты на основе

комбинаций противостарителей диафена ФФ и диафена ФП используется ПВХ.

1.4. Поливинилхлорид.

Поливинилхлорид является продуктом полимеризации хлористого винила

(CH2=CHCl).

ПВХ выпускается в виде порошка с размерами частиц 100-200 мкм. ПВХ –

аморфный полимер плотностью 1380-1400 кг/м3 и с температурой стеклования 70-

80оС. Это один из наиболее полярных полимеров с высоким межмолекулярным

взаимодействие. Он хорошо совмещается с большинством выпускаемых

промышленностью пластификаторов [16].

Большое содержание хлора в ПВХ делает его самозатухающим материалом.

ПВХ – это полимер общетехнического назначения. На практике имеют дело с

пластизолями [17].

1.4.1. Пластизоли ПВХ.

Пластизоли – это дисперсии ПВХ в жидких пластификаторах. Количество

пластификаторов (дибутилфталатов, диалкилфталатов и т.д.) составляет от 30

до 80%.

При обычных температурах частицы ПВХ практически не набухают в

указанных пластификаторах, что делает пластизоли стабильными. При

нагревании до 35-40оС в результате ускорения процесса набухания

(желатинизация) пластизоли превращаются в высокосвязанные массы, которые

после охлаждения переходят в эластичные материалы [18].

1.4.2. Механизм желатинизации пластизолей.

Механизм желатинизации состоит в следующем. При повышении температуры

пластификатор медленно проникает в частицы полимера, которые увеличиваются

в размере. Агломераты распадаются на первичные частицы. В зависимости от

прочности агломератов распад может начаться при комнатной температуре. По

мере увеличения температуры до 80-100оС вязкость пластозоля сильно растет,

свободный пластификатор исчезает, а набухшие зерна полимера соприкасаются.

На этой стадии, называемой предварительной желатинизацией, материал

выглядит совершенно однородным, однако изготовленные из него изделия не

обладают достаточными физико-механическими характеристиками. Желатинизация

завершается лишь тогда, когда пластификаторов равномерно распределиться в

поливинилхлориде, и пластизоль превратится в однородное тело. При этом

происходит сплавление поверхности набухших первичных частиц полимера и

образование пластифицированного поливинилхлорида [19].

2. Выбор направления исследования.

В настоящее время в отечественной промышленности основными

ингредиентами, защищающими резины от старения, является диафен ФП и ацетил

Р.

Слишком небольшой ассортимент, представленный двумя

противостарителями объясняется тем, что, во-первых, некоторые производства

Страницы: 1, 2