Влияние состава и технологии изготовления композиций на структуру и свойства морозостойких резин на основе смесей полярных и неполярных каучуков

Резины для создания уплотнительных устройств, эксплуатирующихся в условиях Крайнего Севера, в том числе в Республике (Саха) Якутия, должны обладать стойкостью к рабочим средам, морозо-, износостойкостью и приемлемыми физико-механическими свойствами. Некоторые из перечисленных свойств являются взаимоисключающими и не всегда достижимы в материалах на основе индивидуального каучука. Для создания резин уплотнительного назначения с сочетанием необходимых свойств перспективным может являться использование смесей каучуков. В работе исследованы модельные рецептуры на основе смесей полярного бутадиен-нитрильного (БНКС-18), неполярных бутадиенового (СКД) и изопренового (СКИ-3) каучуков. Выбор удовлетворительно морозостойкого каучука БНКС-18 обусловлен стремлением обеспечения достаточной стойкости разрабатываемых материалов в углеводородных рабочих средах. В свою очередь, смесь из неполярных диеновых каучуков СКД и СКИ-3 выбрана для дальнейшего улучшения низкотемпературных свойств и придания дополнительной стойкости в полярных рабочих жидкостях. Добавление СКИ-3 также обеспечивало подавление кристаллизации бутадиенового каучука СКД. Установлено, что с повышением содержания БНКС-18 происходит улучшение физико-механических свойств, износостойкости, стойкости к неполярным углеводородным маслам, а также снижение низкотемпературных свойств и стойкости к полярным маслам. Дополнительно были проведены исследования структуры полученных материалов методом атомно-силовой микроскопии, доказавшие равномерность распределения частиц дисперсной фазы, размеры которой не превышают 1–5 мкм. Оптимальное соотношение бутадиен-нитрильного и диеновых каучуков 70:30 (масс. ч.) соответственно. Именно при таком соотношении получены эластомерные материалы, которые отвечают требованиям для создания из них уплотнительных устройств для работы в условиях холодного климата.

1. Кондаков Л.А., Голубев А.И., Овандер В.Б. и др. Уплотнения и уплотнительная техника. М.: Машиностроение; 1986. 464 с.

2. Bukhina M.F., Kurlyand S.K. Low-Temperature Behaviour of Elastomers. Boca Ranton: CRC Press; 2007. 188 p. https://doi.org/10.1201/b12239

3. Мухин В.В., Петрова Н.Н., Капитонов Е.А., Афанасьев А.В. Разработка стойких к авиационным синтетическим маслам резин на основе смесей нитрильных и диеновых каучуков. Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2016;6(56):41–50.

4. Akulichev A.G., Echtermeyer A.T., Persson B.N.J. Interfacial leakage of elastomer seals at low temperatures. International journal of pressure vessels and piping. 2018;160:14–23. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2017.11.014

5. Kömmling A., Jaunich M., Pourmand P., Wolff D., Hedenqvist M. Analysis of O-ring seal failure under static conditions and determination of end-of-lifetime criterion. Polymers. 2019;11(8):1251. https://doi.org/10.3390/polym11081251

6. Jiang B., Jia X., Wang Z., Wang T., Guo F., Wang Y. Influence of thermal aging in oil on the friction and wear properties of nitrile butadiene rubber. Tribology Letters. 2019;67:1–10. https://doi.org/10.1007/s11249-019-1201-8

7. Чайкун А.М., Наумов И.С., Алифанов Е.В. Резиновые уплотнительные материалы (обзор). Труды ВИАМ. 2017;1(49):99–106. https://doi.org/10.18577/23076046-2017-0-1-12-12

8. Kim D.Y., Kim G.H., Nam G.M., Kang D.G., Seo K.H. Oil resistance and low‐temperature characteristics of plasticized nitrile butadiene rubber compounds. Journal of Applied Polymer Science. 2019;136(32):47851. https://doi.org/10.1002/app.47851

9. Fedorova A.F., Davydova M.L., Shadrinov N.V., Sokolova M.D., Pavlova V.V., Fedorov A.L. Investigation of the effect of plasticizer injection technology on the properties of epichlorohydrin rubbers. Journal of Elastomers & Plastics. 2021;53(7):757–768. https://doi.org/10.1177/0095244320967029

10. 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):6–10.

11. Lou W., Zhang W., Wang H., Jin T., Liu X.. Influence of hydraulic oil on degradation behavior of nitrile rubber O-rings at elevated temperature. Engineering Failure Analysis. 2018;92:1–11. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2018.05.006

12. Klingender R.C. Handbook of specialty elastomers. Boca Ranton: CRC Press; 2008. 576 p.

13. Портнягина В.В., Петрова Н.Н., Заровняев Б.Н. Исследование работоспособности уплотнительных резин горнодобывающей техники в экстремальных климатических условиях Севера. Горный информационноаналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2014;9:371–380.

14. Mukhin V.V., Petrova N.N., Portnyagina VV., Fedorov A. L., Baisheva A.V. Investigation of the plasticizer content effects on the operability of the epichlorohydrin rubber based elastomeric material during full-scale test under cold climate conditions and hydrocarbon medium influence. Materials Science Forum. 2018;945:417–421. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.945.417

15. Haldeeva A.R., Davydova M.L., Sokolova M.D. Development of frost-resistant rubber based on epichlorohydrin rubber of Hydrin T6000 brand. Materials Science Forum. 2019;945:356–361. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.945.356

16. Резниченко С.В., Морозов Ю.Л. Большой справочник резинщика. Часть 1. Каучуки и ингредиенты. М.: ООО «Издательский центр «Техинформ» МАИ»; 2012. 744 с.

17. Елисеев О.А., Чайкун А.М., Бузник В.М., Соколова М.Д., Попов С.Н. Основные принципы построения рецептур морозостойких резин для изделий, эксплуатируемых в условиях арктического климата. Перспективные материалы. 2015;11:5–18.

18. Кулезнев В.Н. Смеси и сплавы полимеров. СПб.: Научные основы и технологии; 2013. 216 с.

19. Ушмарин Н.Ф., Егоров Е.Н., Кольцов Н.И. Морозостойкая резина на основе комбинации бутадиеннитрильного и гидриновых каучуков. Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2017;60(8):60–64. https://doi.org/10.6060/tcct.2017608.5474

20. Гресь И.М., Демидов Д.В., Востриков Д.С., Гусев Д.О., Коваленко В.В., Устинова С.В. Исследование низкотемпературных свойств и стойкости к действию авиационного керосина эластомеров на основе пропиленоксидного и эпихлоргидринового каучуков. Известия Волгоградского государственного технического университета. 2017;11(206):113–117.

21. Дьяконов А.А., Тапыев С.А., Охлопкова А.А., Слепцова С.А., Петрова Н.Н., Винокуров П.В., Кычкин А.К., Стручков Н.Ф. Исследование свойств эластомеров на основе комбинации изопренового и бутадиен-нитрильного каучуков. Южно-Сибирский научный вестник. 2021;3(37):93–97. https://doi.org/10.25699/SSSB.2021.37.3.003

22. Saputra A.H. et al. Degradation of blending vulcanized natural rubber and nitril rubber (NR/NBR) by dimethyl ether through variation of elastomer ratio. Materials Science and Engineering. 2018;45(1):012035. https://doi.org/10.1088/1757-899X/345/1/012035

23. Мирошников Ю.П. Закономерности смешения и формирования фазовой структуры в гетерогенных полимерных системах: Автореф. дис. … докт. хим. наук. М.;1996. 45 с.

24. Жансакова К.С., Русских Г.С., Еремин Е.Н. Влияние ускорителя вулканизации на свойства пористых резин. Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2021;14(2):215– 221. https://doi.org/10.17516/1999-494X-0302

25. Garcia R., Proksch R. Nanomechanical Mapping of Soft Matter by Bimodal Force Microscopy. European Polymer Journal. 2013;49:1897–1906. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2013.03.037