Влияние размера частиц и концентрации фторсодержащего полимера на свойства морозостойких резин на основе пропиленоксидного каучука

Рассмотрены проблемы эксплуатации резин и изделий из них в холодном климате, изучены особенности поведения эластомерных материалов уплотнительного назначения при их работе в экстремальных климатических условиях и предложены основные пути создания новых морозостойких резин. На основании представленной схемы получены резины на основе смесей пропиленоксидного каучука (СКПО), обладающего уникальной морозостойкостью (Т_с = –74 °С), и фторсодержащих полимеров. В соответствии со стандартными методиками, принятыми в технологии резин, исследованы полимерные композиции на основе СКПО и политетрафторэтилена (ПТФЭ) или ультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФЭ), которые отличаются способом получения и степенью дисперсности. Выбранные для модификации резин фторполимеры обладают низким коэффициентом трения, стойкостью в большинстве известных жидкостей, термостойкостью. Методами электронной микроскопии исследованы структура резин и особенности их фазовой морфологии в зависимости от природы использованного в составе композиций фторполимера. Выявлено влияние размеров частиц дисперсной фазы и содержания фторсодержащего компонента на фазовую морфологию и эксплуатационные свойств резин. Показано, что по мере увеличения содержания в смеси ПТФЭ (УПТФЭ) повышается износо-, маслостойкость резин, но снижается морозостойкость. Введение порошка УПТФЭ, обладающего меньшими размерами частиц, предпочтительнее для получения резин с высоким уровнем как низкотемпературных характеристик, так и износо- и маслостойкости. Разработаны морозостойкие резины со сбалансированным комплексом свойств, на их составы получены патенты, они рекомендованы к применению.

1. Черский И.Н., Попов С.Н., Гольдштрах И.З. Проектирование и расчет морозостойких подвижных уплотнений. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние РАН, 1992. 123 с.

2. Mark E.J., Erman B., Eirich F.R. (Eds.) Science and technology of rubber. Elsevier Academic Press: 3rd ed. Burlington: Elsevier, 2005.

3. Большой справочник резинщика /под ред. С.В. Резниченко и Ю.Л. Морозова. Ч. 1, 2. М.: ООО «Издательский центр «Техинформ» Межд. академии информатизации», 2012.

4. Курлянд С.К., Бухина М.Д. Морозостойкость эластомеров. М.: Химия, 1989. 176 с.

5. Петрова Н.Н., Попова А.Ф., Федотова Е.С. Исследование влияния низких температур и углеводородных сред на свойства резин на основе пропиленоксидного и бутадиен-нитрильного каучуков // Каучук и резина. 2002. № 3. С. 6–10.

6. Мухин В.В., Петрова Н.Н. Климатическое старение резин на основе эпихлоргидринового каучука в нефти при низких температурах // Вестник СевероВосточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2017. № 6(62). С. 59–66. DOI: 10.25587/SVFU.2017.62.8448.

7. Говорова О.А., Вишницкий А.С., Чубарова Г.В., Морозов Ю.Л. Разработка атмосферостойких резин с улучшенными низкотемпературными и адгезионными свойствами // Каучук и резина. 1999.№ 2. С. 18–20.

8. Хвостик Г.М., Васильев В.А., Венцеславская К.К., Искаков Б.А., Кутузов П.И., Баженов Ю.П., Насыров И.Ш., Андреева В.Ю., Морозов Ю.Л., Говорова О.А. Топливостойкие эпихлоргидриновые и пропиленоксидные каучуки для химической и автомобильной промышленности // Тез. докл. перв. всеросс. конф. по каучуку и резине 26–28 февраля 2002 г. М., 2002. С. 135.

9. Петрова Н.Н. Особенности создания резин уплотнительного назначения для эксплуатации в условиях холодного климата // Каучук и резина. 2005. № 6. С. 2–6.

10. Кулезнев В.Н. Смеси полимеров. М.: Химия, 1980. 302 с.

11. Мирошников Ю.П. Закономерности смешения и формирования фазовой структуры в гетерогенных полимерных смесях: Автореф. дис... докт. хим. наук. М., 1996. 45 с.

12. Мэнсон Дж., Сперлинг Л. Полимерные смеси и композиты / Перевод с англ. под ред. Годовского Ю.К. М.: Химия, 1979. 439 с.

13. Ohkubo Y., Shibahara M., Ishihara K., Nagatani A., Honda K., Endo K., Yamamura K. Effect of rubber compounding agent on adhesion strength between rubber and heat-assisted plasma-treated polytetrafluoroethylene (PTFE) // Journal of Adhesion. 2019. No. 95 (3). P. 242–257. DOI:10.1080/00218464.2018.1428095.

14. Dadbin S., Kashcooli Y., Frounchi M. Mechanical and surface properties of e-beam irradiated polytetrafluoroethylene-silicone rubber composites // Polymers and Polymer Composites. 2010. No. 18 (6). P. 329–336. DOI: 10.1177/096739111001800605.

15. Sohail Khan M., Franke R., Lehmann D., Heinrich G. Physical and tribological properties of PTFE micropowder-filled EPDM rubber //Tribology International. 2009. No. 42 (6). P. 890–896. DOI:10.1016/j.triboint.2008.12.014.

16. Franke R., Lehmann D., Kunze K. Tribological behaviour of new chemically bonded PTFE polyamide compounds // Wear, 2007. No. 262 (3-4). P. 242–252. DOI:10.1016/j.wear.2006.05.001.

17. Полоник В.Д., Прокопчук Н.Р., Шашок Ж.С. Технические свойства эластомерных композиций на основе бутадиен-нитрильного каучука, модифицированных политетрафторэтиленом // Труды БГТУ. Химия, технология органических веществ, биотехнология. 2012. № 4. С. 102–105.

18. Petrova N.N., Portnyagina V.V. Rubber compounds based on blends of propylene oxide rubber and polytetrafluoroethylene // International Polymer Science and Technology, 2008. V. 35/ No. 4. P. 47–50.

19. Petrova N.N., Portnyagina V.V. Rubber compounds based on blends of propylene oxide rubber and ultrafine polytetrafluoroethylene // International Polymer Science and Technology. 2018. V. 42. I. 8. P. T 29-T 32. DOI:10.1177/0307174X1504200806.

20. PortnyaginaV.V., Petrova N.N., MukhinV.V., Ee Le Shim, Jin-Ho Cho. Preparation and Improved Physical Characteristics of Propylene Oxide Rubber Composites // Molecules. 2018. No. 23 (9). P. 2150. DOI: 10.3390/molecules23092150.

21. Khan M.S., Heinrich G. PTFE-Based Rubber Composites for Tribological Applications // Heinrich G. (Ed.) Advanced Rubber Composites. Advances in Polymer Science. Vol. 239. Berlin; Heidelberg: Springer, 2010. P. 249–310. DOI: 10.1007/12_2010_98.

22. Hopmann C., Dering J.P., Cöllen G. Property modification of EPDM rubber compounds using PTFE micro powder // Gummi Fasern Kunststoffe. No. 10. 2012. P.648–652. DOI:10.1177/0307174X1304000301.

23. Zhao G., Shi L., Fu J., Feng X., Ding P., Zhuo J. Preparation and properties of polytetrafluorethylene filled ethylene–propylene–diene monomer composites // J. Appl. Polym. Sci. 2012. No. 123. P. 3734–3740. DOI:10.1002/app.34406.

24. Park E. Processibility and mechanical properties of micronized polytetrafluoroethylene reinforced silicone rubber composites // J. Appl. Polym. Sci. 2008. No. 107. Р. 372–381. DOI: 10.1002/app.27065.

25. Полоник В.Д., Прокопчук Н.Р., Шашок Ж.С. Свойства эластомерных композиций с фторсодержащей добавкой // Труды БГТУ. Химия и технология органических веществ, материалов и изделий. 2013. № 4. С. 141–144.

26. Cao C., Liu L., Li Q., Chen P., Qian Q., Chen Q. Recycling and application of wasted polytetrafluoroethylene via high-energy ball milling technology for nitrile rubber composites preparation // Polym Eng Sci. No. 56. 2016. Р. 643–649. DOI:10.1002/pen.24290.

27. Пол Д. Межфазные добавки, способствующие совместимости в смесях полимеров // Полимерные смеси; под ред. Пола Д. и Ньюмена С., пер. с англ. М.: Мир, 1981. Т. 2. С. 39–70.

28. Peng H. Synthesis and Application of FluorineContaining Polymers with Low Surface Energy // Polymer Reviews. No. 59 (4). 2019. Р. 739–757. DOI: 10.1080/15583724.2019.1636390.

29. Khan M.S., Franke R., Lehmann D., Heinrich G. Physical and tribological properties of PTFE micropowder-filled EPDM rubber // Tribology International. No. 42 (6). 2009. Р. 890–896. DOI: 10.1016/j.triboint.2008.12.014.

30. Dobkowski Z., Zielecka M. Thermal analysis of the poly(siloxane)-poly(tetrafluoroethylene) coating system // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. No. 68 (1). 2002. Р. 147–158.

31. Охлопкова А.А., Адрианова О.А., Попов С.Н. Модификация полимеров ультрадисперсными полимерами. Якутск: ЯФ Изд-ва СО РАН. 2003. 224 с.

32. Park E. Processibility and mechanical properties of micronized polytetrafluoroethylene reinforced silicone rubber composites // J. Appl. Polym. Sci. No. 107. 2008. Р. 372–381. DOI:10.1002/app.27065.

33. Кирюхин Д.П., Ким И.П., Бузник В.М. Радиационно-химические методы создания защитных покрытий и композитных материалов с использованием фтормономеров. Химия высоких энергий // Радиационная химия. 2008/ Т. 42, No. 5. С. 393–400.

34. Бузник В.М., Фомин В.М., Алхимов А.П. Металлополимерные нанокомпозиты. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2005. 260 с.

35. Ломовский О.И., Политов А.А., Дудина Д.В., Корчагин М.А., Бузник В.М. Механохимические методы получения композитных материалов металлокерамика – политетрафторэтилен // Химия в интересах устойчивого развития. 2004. № 12. С. 619–626.

36. Бузник В.М. Новые наноразмерные и микроразмерные объекты на основе политетрафторэтилена // Российские нанотехнологии. 2009. Т. 4, № 11–12. С. 35–41.

37. Игнатьева Л.Н., Цветников А.К., Горбенко О.Н., Кайдалова Т.А., Бузник В.М. Спектроскопическое исследование продуктов сублимации ультрадисперсного политетрафторэтилена // Журнал структурной химии. 2004. Т. 45, № 5. С. 830–836.

38. Бузник В.М., Курявый В.Г. Морфология и строение микронных и наноразмерных порошков политетрафторэтилена, полученных газофазным методом // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2008. Т. III, № 3. С. 131.

39. Morozov A.V., Petrova N.N. Method of evaluating the coefficient of friction of frost-resistant sealing rubbers // J. Frict. Wear. 2016. No. 37. Р. 124–128. DOI: 10.3103/S1068366616020124.

40. Острер С.Г. Фторполимеры в химической промышленности. П., 2019. 400 с.

41. Челищев Н.Ф., Беренштейн Б.Г., Володин В.Ф. Цеолиты – новый тип минерального сырья. М.: Недра, 1987. 176 с.

42. Портнягина В.В. Разработка уплотнительных резин на основе морозостойких каучуков и ультрадисперсных наполнителей для техники севера: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2010, 24 с.

43. Патент РФ № 2294341, опубл. 27.02.2007.

44. Морозов А.В., Муравьева Т.И., Петрова Н.Н., Портнягина В.В., Аммосова В.Н., Загорский Д.Л. Исследование триботехнических и адгезионных свойств морозостойких резин // Каучук и резина. 2015. № 6. С. 24–28.