WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 4 Получение резин, стойких к взрывной декомпрессии, с использованием углерода детонационного синтеза © Л.А. Акопян, М.Н. Злотников, Б.В. Румянцев, Н.Л. Абрамова, М.В. Зобина, Т.Л. Мордвинцева ОАО „Научно-исследовательский институт резиновых покрытий и изделий“, Санкт-Петербург, Россия Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Исследована возможность получения резин, стойких к взрывной декомпрессии, на основе гидрированного бутадиен-нитрильного каучука „Тербан“ с использованием комбинации технического углерода детонационного синтеза УДС-с (от 0.14 до 27.10 wt.%) и наполнителей с разной дисперсностью и анизометричностью.

Влияние УДС-с проявляется в -процессах релаксации, связанных с сегментальной подвижностью, и в медленных физических -процессах релаксации упорядоченных микроблоков. Применение УДС-с в комбинации с наполнителями различного состава и структуры позволило разработать новый класс материалов, сохраняющих высокоэластические свойства и одновременно стойкость к взрывной декомпрессии.

Получение резин и резинотехнических изделий, стой- рушения (площадь под кривой усилие — деформация) ких к взрывной декомпрессии (ВД), в оборудовании наполненной и ненаполненной резин соответственно.

нефтегазовой промышленности является одной из слож- Для оценки стойкости к ВД резины выдерживаных задач современного материаловедения [1–4]. Меха- лись в углекислом газе в следующем режиме: давленическое поведение резин в различных условиях экс- ние 5.8 MPa, температура 23 ± 3C, скорость сброса давплуатации, включая воздействие ВД, определяется их ления 0.35 MPa/s. Стойкость к ВД оценивалась по внешрелаксационными свойствами [5,6]. Методами релакса- нему виду, по изменению массы m, объема V образца ционной спектрометрии обнаружено [7] влияние напол- и отношению m/ V после воздействия ВД (табл. 3).

нителей разной природы и дисперсности на медлен- Введение малых концентраций УДС-с (от 0.ные физические -процессы релаксации, обусловленные до 1.67 wt.%) в серийные резины на основе полимеподвижностью различного типа физических узлов. Для ров разной природы с модулем упругости E в преполучения принципиально новых материалов использу- делах 2.5-8.0MPa (табл. 1) существенно увеличивает ются ультрадисперсные наполнители — наночастицы [8], сопротивление раздиру и истиранию большинства исв частности технический углерод детонационного синте- следованных резин, что связано с ускорением медленза (УДС-с), состоящий из мельчайших частиц углерода ных физических -процессов релаксации [10]. В высои графитизированного алмаза размером 4-6 nm с удель- комодульных (E 13 MPa) резинах на основе каучука ной геометрической поверхностью 173-440 m2/g. „Тербан“ (табл. 2) с ростом концентрации УДС-с от 0.В настоящей работе исследовались композиты на до 27.10 wt.% также увеличивается сопротивление раздиоснове каучуков и наполнителей разной природы, дис- ру и соответственно ускоряются -процессы релаксации, персности и анизометричности (табл. 1-3). Свойства уменьшается время достижения величины отношения резин оценивались по изменению физико-механических /0 = 0.85. При концентрации УДС-с 27.10 wt.% резко и релаксационных характеристик, а также по стойко- возрастает удельная энергия разрушения Ap. Это обуссти к ВД. ловлено развитой поверхностью УДС-с и объясняется Релаксационные свойства исследовались следующим образованием разветвленной сетки физических связей за образом: счет адсорбционного взаимодействия полимера с функ— по температурным зависимостям тангенса угла циональными группами на поверхности наполнителя.

механических потерь tg, полученным на маятниковом При ВД увеличивается объем резины [4,11], что являэластомере при частоте 40 Hz в интервале температур ется следствием работы, совершаемой сорбированным от -100 до +200C (измерения проводились в ФГУП газом после резкого сброса давления в адиабатическом „Научно-исследовательский институт синтетического ка- процессе. При этом возникает трехмерное напряженное учука им. С.В. Лебедева“, в лаборатории С.К. Курлянда); состояние резины [6]. За изменение массы (весовое газо— по релаксации напряжения /0 при одноосном набухание) отвечают сорбционные свойства, за изменесжатии, где 0 и — соответственно начальное (че- ние объема — сорбционные и упругопрочностные свойрез 5 min) и текущее напряжения при температуре ства, которые зависят от релаксационных характеристик 23 ± 3C; и определяют удельную энергию разрушения резин. По—по модулюупругости E и коэффициенту усиления следняя поглощает энергию газа при расширении [9].РеKE = E/E0, где E и E0 — модули упругости наполненной зины, стойкие к ВД, должны удовлетворять комплексу и ненаполненной резин соответственно [9]. противоречивых требований и характеризоваться низкой Физико-механические свойства оценивались по отно- сорбционной способностью, достаточно высокими знашению Ap/Ap0, где Ap и Ap0 — удельные энергии раз- чениями эластичности, прочности и модуля упругости, Получение резин, стойких к взрывной декомпрессии, с использованием углерода детонационного... Таблица 1. Влияние малых концентраций УДС-с на свойства серийных резин Изменение параметров после введения УДС-с, % Тип полимера, марка Содержание Номер технического углерода УДС-с, Условная Относительное Сопротивление Сопротивление резины (содержание, wt.%) wt.% прочность при удлинение раздиру истиранию растяжении при разрыве 1 СКН-18 (49.68) 0.14 21 < 10 36 П-234 (28.31) 2 СКН-18с (37.03) 0.24 < 10 < 10 31 П-803 (48.15) 3 СКИ-3 (55.63) 0.28 14 22 < 10 < П-234 (10.28) 1.67 < 10 24 28 < 4 СКН-26АСМ 0.26 < 10 < 10 29 (28.35) СКН-40АСМ (12.15) П-514 (6.32) П-702 (10.73) 5 СКЭПТ (42.51) 0.21 < 10 < 10 68 П-324 (24.49) П-803 (12.35) 6 СКЭП-50 (58.37) 0.38 < 10 < 10 34 П-324 (32.10) 0.58 28 Таблица 2. Влияние концентрации УДС-с на свойства наполненных резин на основе каучука „Тербан“ Изменение параметров (по сравнению с ненаполненной резиной № 12), % Содержание Номер УДС-с, Условная Относительное t, h KE = E/E0 Ap/Apрезины Сопротивление wt.% прочность при удлинение при Твердость раздиру растяжении разрыве 12 - 1 1 1 1 1920 1 15 - 87 -33 50 460 6 3.4 3.7 0.26 56 -19 38 330 8 2.2 2.8 0.53 57 -19 41 350 6 2.7 3.9 9.50 56 -31 45 550 5 3.5 2.10 17.30 50 -40 53 670 4 3.8 2.11 27.10 57 -52 53 780 2 3.9 4.Примечание. t — время достижения величины отношения /0 = 0.85 при T = 23 ± 3C.

Таблица 3. Взаимосвязь релаксационных характеристик и стойкости к ВД резин на основе каучука „Тербан“ -переход Стойкость к ВД Содержание B, Номер наполнителей разной t, h Визуальная m/ V, N/m резины T, C T, C tg природы, wt.% оценка 102 g/cm12 - 28 -10 1.35 Много пузырей 0.4 1920 13 44.6 27 -10 0.82 Один пузырь 10 7 15 43.9 25 -5 0.75 Внорме 80 6 14 44.2 22 -5 0.65 » » 20 5 11 40.6, в том числе 27.1 УДС-с 7 3 0.50 » » 22 2 Примечание. T — ширина температурной области, tg = 0.5. t —то же, что в табл. 2.

10 Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 724 Л.А. Акопян, М.Н. Злотников, Б.В. Румянцев, Н.Л. Абрамова, М.В. Зобина, Т.Л. Мордвинцева параметр характеризует соотношение между сорбцией газа и изменением упруго-прочностных свойств резин при расширении газа. С повышением стойкости резин к ВД увеличиваются m/ V и сопротивление раздиру, уменьшается время достижения величины /0 = 0.85.

Для наполнителей различной природы и анизометричности с ростом концентрации наблюдается непрерывное увеличение KE (рис. 2). Зависимость Ap/Ap0 от концентрации наполнителя, как и в [9], имеет вид кривой с максимумом. Наиболее существенное увеличение Ap/Ap0 в 4.9 раза, KE в 3.5 раза наблюдается при содержании УДС-с 27.1 wt.%.

В результате проведенных исследований разработан класс высокоэластичных материалов, стойких к ВД, Рис. 1. Температурная зависимость тангенса угла механичекоторые содержат УДС-с в комбинации с другими наских потерь tg для различных резин. Числа около кривых полнителями.

соответствуют номерам резины (см. табл. 3).

Список литературы [1] G.J. Morgan. Proc II Int. Conf. on Oilfield Engineering with Polymers. London (1998). P. 159.

[2] S. Zakaria, B.Y. Bricoe. Chem. Technol. 8, 492 (1990).

[3] A.A. Gent. Rubber Chem. Technol. 63, 3, 49 (1990).

[4] И.А. Кузнецова, Т.С. Кленова, С.А. Алмаев. Сб. науч. тр.

„Тепло- и агрессивостойкие резины и резинотехнические издения.“М. (1979). С. 86.

[5] Г.М. Бартенев. Структура и релаксационные свойства эластометров. Химия, М. (1979). 288 с.

[6] Ю.С. Зуев. Каучук и резина 4, 36 (2000).

[7] Л.А. Акопян, Э.В. Гронская, М.В. Зобина, Б.Х. Аврущенко, Г.М. Бартенев. Высокомолекуляр. соединения A 27, 2, 399 (1985).

[8] Ю.Г. Яновский, Ю.А. Гамлицкий, В.Э. Згаевский, Ю.П. Басс. Каучук и резина 5, 20 (2002).

Рис. 2. Зависимости коэффициета усиления KE (1, 3, 5) и энер[9] L.A. Peters, J.C. Vicic. Proc. Int. Conf. on Rubber Division гии разрушения Ap/Ap0 (2, 4, 6) от концентрации наполнителей.

American Chemical Society. Dallas (1988). P. 813.

1, 2 — УДС-с, 3–6 — наполнители разной дисперсности и [10] Л.А. Акопян, М.В. Зобина, Б.Х. Аврущенко, А.И. Берденианизометричности. 7 — данные для Ap/Ap0 [9].

ков, Г.Р. Хачатрян. Трение и износ 5, 1, 81 (1984).

[11] Е.П. Стогова. Автореф. канд. дис. М. (1987). 23 с.

[12] Е.А. Сидорович, А.Л. Акопян. Каучук и резина 3, 17 (2000).

стойкостью к сопутствующим в нефтедобыче средам и т. д. Основой для разработки таких резин служил гидрированный бутадиен-нитрильный каучук „Тербан“ при использовании комбинации УДС-с и наполнителей разной природы, дисперсности и анизометричности.

Из табл. 3 и рис. 1 видно, что у резин № 15, 14 и 11, стойких к ВД, в области -перехода (механическое стеклование) высота пика ниже, а температурная область уже по сравнению с резинами, не стойкими к ВД. При этом происходит уменьшение так называемого свободного объема полимера, увеличение упорядоченности полимерных цепей [8,12], что приводит к замедлению сегментальной подвижности. Смещение -перехода в область более высоких температур в свою очередь должно привести к снижению сорбции газа [11].

Предложено использовать параметр m/ V (табл. 3) для оценки стойкости к разрушению при воздействии ВД не только на поверхности, но и в объеме резины. Этот Физика твердого тела, 2004, том 46, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.