Что оказывает влияние на жесткость резины

Электропроводящие резины.

В настоящее время возник большой интерес к электропроводящим резинам и пластикам, которые находят применение в промышленной технике, строительстве, сельском хозяйстве и домашнем быту. В начале электропроводящие резины начали применять для предохранения от обледенения лопастей пропеллера и крыльев самолетов и решения некоторых проблем, связанных с высотными полетами; впоследствии из таких резин стали изготавливать различные покрытия для полов и изделия, способные отводить в землю заряды статического электричества. Такие резины получили название антистатических.

Электропроводящие резины выпускают как высокоэластичные, так и твердые эбониты); изменяя их состав, можно получить резины, обладающие морозостойкими, трудновоспламеняемыми и другими свойствами.

Неполярные каучики имеют удельное сопротивление порядка 10-10 Ом∙м, полярные намного меньше, для СКН-26, например,5∙10 Ом∙м. При введении различных электропроводящих наполнителей: графита, металлических порошков и технического углерода, имеющего развитую первичную структуру (ацетиленового марки ТА-70), можно в значительной степени снизить удельное электрическое сопротивление каучуков и резин.

С увеличением содержания наполнителя электрическое сопротивление резин уменьшается, стремясь к предельному значению-сопротивлению чистого наполнителя.

Электропроводящими обычно считают резины, имеющие удельное объемное сопротивление меньше 10 Ом∙м. Резины с удельным объемным сопротивлением 10-10 Ом∙м предназначены для отвода статических зарядов, а резины с удельным объемным сопротивлением меньше 10 Ом∙м – для специальных целей.

Электрическое сопротивление резины измеряют обычно копенсационным методом, который по сравнению с другими позволяет исключить влияние контактного сопротивления, так как в момент компенсации ток, проходящий через гальванометр, равен нулю.

Существуют и другие способы измерения электрического сопротивления резин; при помощи омметра, моста Уитстона, по непосредственному отклонению амперметра и вольтметра.

Основным электропроводящим наполнителем для резиновых смесей, обеспечивающим их хорошие технологические свойства, является технический углерод марки ТА-70.

Ниже приведены значения удельного объемного электрического сопротивления (Ом∙м ) резин на основе различных каучуков в зависимости от содержания в них технического углерода марки ТА-70 ( ацетиленовой сажи ):

10 30 50 70 90 120

СКС-30АРК ……….. 550 30 4 0,77 0,15 0,11

СКН-18 ……………. . 320 9,2 2,1 0,51 0,51 0,10

СКН-26 ……………. 210 8,7 1,9 0,40 0,10 0,12

СКН-40 ……………. 105 1,65 0,65 0,16 0,07 0,12

Хлоропреновый ……. 100 1,2 0,67 0,18 0,01 0,09

Из этих данных следует, что резины на основе каучуков, содержащих значительное число полярных групп ( СКН-40 и хлоропреновый ), обладают большей электропроводностью по сравнению с резинами на основе менее полярных каучуков.

На электрическое сопротивление резин оказывает определенное влияние вулканизациооные структуры.Ниже приведены значения ρ (Ом∙м ) для электропроводящих резин, содержащих 50 масс. ч. технического углерода марки ТА-70 и различные ускорители, способствующие образованию моно-, ди- и полисульфидных связей:

Тиурам Меркаптобензтиазол Дифенилгуанидин

СКС-30 АРК ……. 0,47 0,29 0,36

СКН-40 ………….. 0,41 0,15 0,37

Как можно заметить, смеси с тиурамом обладают повышенным сопротивлением. При взаимодействии тиурама с каучуком образуются малоподвижные жесткие моносульфидные связи, в результате чего снижается возможность образования электропроводящих цепочек технического углерода.

Смесь 3 масс. ч. тиурама с 1,5 масс.ч. цинковых, никелевых и сурьмяных солей анилида салицыловой кислоты способствует резкому снижению электрического сопротивления вулканизатов. При значительном наполнении смесей техническим углеродом повышается жесткость сырых смесей. Для получения смесей, пригодных к технологической обработке, при высокой степени наполнения, содержание пластификатора в них не должно превышать 30-50 масс. ч. на 100 масс. ч. каучука. Однако с увеличением содержания пластификатора электрическое сопротивление несколько возрастает.

Изменяя состав смеси можно получать резины, обладающие одновременно электропроводностью и морозостойкостью. Такие резины преднозначены для изготовления затворов гидротехнических сооружений. Электрический ток, проходя через уплотнения, нагревает их, что предотвращает облединение.

Применение магнитного поля в момент формирования структуры позволило получить

электропроводящие полимерные материалы, обладающие анизотропией электрических свойств. Такого рода материалы применяются в радиотехнической промышленности.

Электропроводящие резины находят широкое применение для отвода зарядов статического электрического, где они используются в качестве покрытий полов производственных помещений, операционных, рабочих столов и других объектов. На их основе могут быть получены многие резиновые технические изделия (транспортерные ленты, клиновые ремни, рукова,формовые детали и др.), обладающие антистатическими свойствами. Электропроводящие резины используют для комплектации медицинских аппаратов ( наркозных аппаратов, резиновых электродов и других).

Пидерживаясь рассмотренных данных, за основу электропроводящих каучуков я выбрала силоксановый каучук.

Силоксановые каучуки.

Силоксановые каучуки представляют собой высокомолекулярные кремнийорганические соединения, которые получаются поликонденсацией силандиолов. Основой силоксановых каучуков является цепь из чередующихся атомов кремния и кислорода. К каждому атому кремния присоединены по два органических радикала :

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГО-ГИСТЕРЕЗИСНЫХ СВОЙСТВ ПРОТЕКТОРНЫХ ШИННЫХ РЕЗИН С КРЕМНЕКИСЛОТНЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Кротова О.А., Шашок Ж.С., Усс Е.П., Люштык А.Ю., Карманова О.В.

Исследовано влияние различных марок кремнекислотных наполнителей (ККН), отличающихся качественными характеристиками, на комплексный модуль резин , их модуль упругости, модуль потерь, а также на тангенс угла механических потерь. Минеральные наполнители ККН 1 и ККН 2 вводились в дозировке 80,00 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука в наполненные эластомерные композиции на основе комбинации синтетических бутадиен-стирольного и полибутадиенового каучуков, применяемые для изготовления протекторов легковых шин. Испытания проводились на динамическом механическом анализаторе путем циклического сжатия вулканизатов в интервале температур 20-70°С. Установлено, что вулканизаты с минеральным наполнителем ККН 2 характеризуются на 8-56% меньшим значением комплексного модуля. Выявлено, что резины , содержащие кремнекислотный наполнитель ККН 2, в зависимости от температуры имеют на 13-36% более низкие значения модуля упругости и на 19-46 % меньшее значение модуль потерь по сравнению с образцами, наполненными ККН 1. Определено, что в интервале температур от 20 до 70 °С вулканизаты с минеральным наполнителем ККН 2, характеризуются на 7-12 % меньшими значениями тангенса угла механических потерь. В результате проведенных исследований установлено, что наиболее целесообразно вводить в рецептуру протекторных резиновых смесей для легковых шин минеральный наполнитель ККН 2, что позволит получить вулканизаты, обладающие повышенной эластичностью и сцеплением с дорожным покрытием, а также меньшими потерями тепла в окружающую среду и расходом топлива.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Кротова О.А., Шашок Ж.С., Усс Е.П., Люштык А.Ю., Карманова О.В.

Свойства шинных эластомерных композиций с кремнекислотными наполнителями
ВЛИЯНИЕ ВОЛОКНИСТЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СВОЙСТВА ШИННЫХ ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
МОДИФИКАЦИЯ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ЭТИЛЕНПРОПИЛЕНОВОГО КАУЧУКА И КРЕМНЕКИСЛОТНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ
Влияние промоторов адгезии на упруго-прочностные свойства и структуру эластомерных композиций
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВУЛКАНИЗАЦИИ НА СВОЙСТВА ШИННЫХ РЕЗИН
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INVESTIGATION OF THE ELASTIC AND HYSTERESIS PROPERTIES OF TREAD RUBBER TIRES WITH SILICA

The influence of different types of silica, differing in quality characteristics, on the complex modulus of rubbers, their elastic modulus, loss modulus, and also on the tangent of angle of mechanical loss are investigated. Mineral fillers silica 1 and silica 2 are introduced at a dosage of 80.00 phr into filled elastomeric compositions based on combination of synthetic styrene-butadiene and polybutadiene rubbers, used for the manufacture of treads for passenger tires. The tests are carried out on a dynamic mechanical analyzer by cyclic compression of vulcanizates in the temperature range 20-70°С. It is established that vulcanizates with silica 2 are characterized by 8-56% lower value of the complex modulus. It is revealed that rubbers containing a silica 2, depending on temperature, have 13-36% lower values of the elastic modulus and 19-46% lower values of the loss modulus in comparison with samples filled with silica 2. It is determined that in the temperature range from 20 to 70°C vulcanizates with silica 2 are characterized by 7-12% lower values of the tangent of angle of mechanical loss. As a result of the study, it is established that it is the most expedient to introduce mineral filler silica 2 into the formulation of tread rubber compounds for passenger tires. This will make it possible to obtain vulcanizates with increased elasticity and adhesion to the road surface, as well as lower heat losses to the environment and fuel consumption.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГО-ГИСТЕРЕЗИСНЫХ СВОЙСТВ ПРОТЕКТОРНЫХ ШИННЫХ РЕЗИН С КРЕМНЕКИСЛОТНЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ»

ВестникВГУИШ/Proceedings of VSUET

ISSN 2226-910X E-ISSN 2310-1202

Оригинальная статья/Research article

Open Access Available online at vestnik-vsuet.ru

Исследование упруго-гистерезисных свойств протекторных шинных резин с кремнекислотными наполнителями

Ольга А. Кротова Жанна С. Шашок 1 Елена П. Усс 1

Андрей Ю. Люштык 2 Ольга В. Карманова

o.krotova@belstu.by shashok@belstu.by uss@belstu.by lyushtykayu@belshina.by karolga@mail.ru

0000-0003-1142-7934 0000-0003-2279-6866 0000-0003-2849-6004 0000-0002-3938-0077 0000-0003-2226-6582

1 Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, г. Минск, 220006, Республика Беларусь

2 ОАО «Белшина», Минское шоссе, 4, г. Бобруйск, 213824, Республика Беларусь

3 Воронежский государственный университет инженерных технологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Россия Аннотация. Исследовано влияние различных марок кремнекислотных наполнителей (ККН), отличающихся качественными характеристиками, на комплексный модуль резин, их модуль упругости, модуль потерь, а также на тангенс угла механических потерь. Минеральные наполнители ККН 1 и ККН 2 вводились в дозировке 80,00 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука в наполненные эластомерные композиции на основе комбинации синтетических бутадиен-стирольного и полибутадиенового каучуков, применяемые для изготовления протекторов легковых шин. Испытания проводились на динамическом механическом анализаторе путем циклического сжатия вулканизатов в интервале температур 20-70°С. Установлено, что вулканизаты с минеральным наполнителем ККН 2 характеризуются на 8-56% меньшим значением комплексного модуля. Выявлено, что резины, содержащие кремнекислотный наполнитель ККН 2, в зависимости от температуры имеют на 13-36% более низкие значения модуля упругости и на 19-46 % меньшее значение модуль потерь по сравнению с образцами, наполненными ККН 1. Определено, что в интервале температур от 20 до 70 °С вулканизаты с минеральным наполнителем ККН 2, характеризуются на 7-12 % меньшими значениями тангенса угла механических потерь. В результате проведенных исследований установлено, что наиболее целесообразно вводить в рецептуру протекторных резиновых смесей для легковых шин минеральный наполнитель ККН 2, что позволит получить вулканизаты, обладающие повышенной эластичностью и сцеплением с дорожным покрытием, а также меньшими потерями тепла в окружающую среду и расходом топлива. Ключевые слова: кремнекислотный наполнитель, резина, протектор, упруго-гистерезисные свойства

Investigation of the elastic and hysteresis properties of tread rubber

tires with silica

Olga A. Krotova 1 Zhanna S. Shashok 1 Elena P. Uss 1

Andrey Yu. Lyushtyk 2 Olga V. Karmanova

o.krotova@belstu.by shashok@belstu.by uss@belstu.by lyushtykayu@belshina.by karolga@mail.ru

0000-0003-1142-7934 0000-0003-2279-6866 0000-0003-2849-6004 0000-0002-3938-0077 0000-0003-2226-6582

1 Belarasian State Technological University, Sverdlova Sir., 13a, Minsk, 220006, Republic of Belarus

2 JSC Belshina, Minsk Highway Str., 4, Bobruisk, 213824, Republic of Belarus

3 Voronezh State University of Engineering Technologies, Revolution Av., 19 Voronezh, 394036, Russia

Abstract. The influence of different types of silica, differing in quality characteristics, on the complex modulus of rubbers, their elastic modulus, loss modulus, and also on the tangent of angle of mechanical loss are investigated. Mineral fillers silica 1 and silica 2 are introduced at a dosage of 80.00 phr into filled elastomeric compositions based on combination of synthetic styrene-butadiene and polybutadiene rubbers, used for the manufacture of treads for passenger tires. The tests are carried out on a dynamic mechanical analyzer by cyclic compression of vulcanizates in the temperature range 20-70°C. It is established that vulcanizates with silica 2 are characterized by 8-56% lower value of the complex modulus. It is revealed that rubbers containing a silica 2, depending on temperature, have 13-36% lower values of the elastic modulus and 19-46% lower values of the loss modulus in comparison with samples filled with silica 2. It is determined that in the temperature range from 20 to 70°C vulcanizates with silica 2 are characterized by 7-12% lower values of the tangent of angle of mechanical loss. As a result of the study, it is established that it is the most expedient to introduce mineral filler silica 2 into the formulation of tread rubber compounds for passenger tires. This will make it possible to obtain vulcanizates with increased elasticity and adhesion to the road surface, as well as lower heat losses to the environment and fuel consumption. Keywords: silica, rubber, tread, elastic and hysteresis properties

Анализ требований к протекторным резинам показывает, что в большинстве случаев они противоречивы. Так, требования к повышенной износостойкости не совпадают с требованиями

Кротова О.А., Шашок Ж.С., Усс Е.П., Люштык А.Ю., Карманова О.В.

Исследование упруго-гистерезисных свойств протекторных шинных

резин с кремнекислотными наполнителями // Вестник ВГУИТ. 2021.

Т. 83. № 1. С. 330-335. doi:10.20914/2310-1202-2021-1-330-335_

© 2021, Кротова О.А. и др. / Krotova O.A. et al.

обеспечения высокого коэффициента трения и усталостной выносливости и низких гистерезис-ных потерь. В связи с этим, свойства протекторных резин дифференцируются в зависимости от типа и размера шин, условий их эксплуатации. Современные легковые шины должны обладать

Krotova O.A., Shashok Zh.S., Uss E.P., Lyushtyk A.Yu., Karmanova O.V. Investigation of the elastic and hysteresis properties of tread rubber tires with silica. Vestnik VGUIT [Proceedings of VSUET]. 2021. vol. 83. no. 1. pp. 330-335.

(in Russian). doi:10.20914/2310-1202-2021-1-330-335_

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

Кротова О.А и др. ВестницФТУИШ, 2021, Т. 83, №. 1, С- 330-335

низким сопротивлением качению, что приводит к снижению расхода топлива, иметь хорошее сцепление с мокрой и сухой дорогой для обеспечения безопасности движения и низкую истираемость, обеспечивающую долговечность покрышек [1-5].

Несмотря на успехи в использовании традиционного усиливающего наполнителя -технического углерода — только при наполнении протекторных резин кремнекислотными наполнителями (ККН) удается понизить сопротивление качению, улучшить сцепление с мокрой дорогой при сохранении на высоком уровне износостойкости. Развитие современных шин с желаемыми свойствами идет, в частности, по пути совместного использования в резиновых смесях технического углерода и ККН, либо полной замены техуглерода на диоксид кремния [5-7].

Вместе с тем простая замена технического углерода на кремнекислотный наполнитель невозможна из-за особенностей структуры поверхности частиц минерального наполнителя [6, 7]. Химическая природа и энергетика поверхности частиц ККН отличаются от структуры и поверхностной энергии частиц техуглерода. Водородные связи между поверхностными силанольными группами в агломератах диоксида кремния намного прочнее, чем взаимодействие между полярными силанольными группами наполнителя и неполярными макромолекулами углеводородных каучуков. Это приводит к усложнению технологии получения высококачественных резиновых смесей, при этом возникает необходимость использования дополнительных ингредиентов: технологических добавок, антистатиков, сила-низирующих агентов, что повышает стоимость получаемых резиновых смесей.

Поскольку при эксплуатации шин резина подвергается знакопеременным деформациям, амплитуда которых значительно меньше, чем удлинение резин при разрыве, для оценки поведения изделий в таких условиях недостаточно прочностных и усталостных характеристик.

Выбор резин с оптимальными свойствами применительно к конкретным особенностям

динамического режима, реализуемого при эксплуатации того или иного изделия, должен базироваться на знании комплекса показателей, характеризующих: взаимосвязь между напряжением и деформацией при циклическом нагружении (упруго-гистерезисные свойства); взаимосвязь между динамическими напряжениями и выносливостью резин, т. е. числом циклов нагружения, которое может выдержать образец данного материала, не разрушаясь (усталостно-прочностные свойства).

Известно [8], что наполнители оказывают наиболее существенное влияние на динамические характеристики резин. Повышение модуля упругости с увеличением содержанием наполнителя обусловлено следующими взаимосвязанными факторами:

— структурным эффектом, т. е. возникновением структуры наполнителя, обусловливающей жесткость наполненных вулканизатов при малых деформациях;

— гидродинамическим эффектом частиц наполнителя, распределенных в вязкоупругой среде;

— адгезией между каучуком и наполнителем, роль которой возрастает с увеличением степени деформации.

Главная причина изменения модуля в том, что между каучуком и активным наполнителем происходит химическое или сильное адсорбционное взаимодействие, приводящее к образованию специфических связей каучук-наполнитель.

Цель работы — исследование влияния различных марок кремнекислотных наполнителей на упруго-гистерезисные свойства вулканизатов на основе каучуков общего назначения.

Материалы и методы

Объектами исследования являлись наполненные эластомерные композиции на основе комбинации синтетических бутадиен-стирольного и полибутадиенового каучуков (в соотношении 80:20), применяемые для изготовления протекторов легковых шин. Минеральные наполнители ККН 1 и ККН 2, отличающиеся качественными характеристиками (таблица 1), вводились в резиновые смеси в дозировке 80,00 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука.

Характеристика применяемых марок ККН

Characteristics of the used silica

Показатель Indicator Значение | Value

ККН 1 | Silica 1 ККН 2 | Silica 2

Удельная поверхность по адсорбции азота, м2/г | Specific surface area, m2/g >165 161

Удельная адсорбция по ЦТАБ, м2/г | CTAB surface area, m2/g >160 153

рН водной суспензии | рН of slurry 6,3 7,0

Массовая доля диоксида кремния, % | Silica content, % (by mass) >87 >97,7

Насыпная плотность, кг/м3 | Compacted bulk density, kg/m3 120-150 203

Потери при прокаливании (950 °С), % | Loss on drying (950 °С), %

Массовая доля влаги, % | Moisture content, % 5,6 5,9

Krotova O.A.. et at Proceedings of VSUET, 2021, voC 83, no.

Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 56801-2015 (ISO 6721) [9] на динамическом механическом анализаторе путем циклического сжатия вулканизатов при статической нагрузке 0,56 МПа, динамической нагрузке 0,50 МПа, скорости нагрева образцов 2 К/мин, частоте 11 Гц. Температурный интервал, в котором происходили испытания, — от 20 до 70 °С.

Результаты и обсуждение

Для количественной оценки упруго-гистерезисных свойств резины в условиях гармонического динамического нагружения широко используется комплексный модуль Е*, состоящий из вещественной составляющей Е’ (модуль упругости), совпадающей по фазе с функцией деформации, и мнимой Е» (модуль потерь), сдвинутой относительно нее на угол л/2. Следствием сдвига фаз между напряжением и деформацией является динамический гистерезис, приводящий к механическим потерям и теплообразованию при циклическом нагружении. Механические потери пропорциональны углу сдвига фаз [10].

Комплексный модуль E* представляет собой результирующее нормальное напряжение, отнесенное к нормальной деформации. Иными словами, данный показатель определяет общую сопротивляемость материала деформации [2, 10].

Результаты исследования влияния природы ККН, температуры и динамической деформации на комплексный модуль резин представлены в таблице 2.

Комплексный модуль упругости резин

Complex modulus of elasticity of rubbers

Марка ККН Silica Температура, °С Temperature, °С Динамическая деформация, % Dynamic deformation, % Комплексный модуль упругости, МПа Complex modulus of elasticity, МРа

ККН 1 38,81 3,42 13,43

Silica 1 43,77 3,75 12,18

ККН 2 38,69 4,18 9,90

Silica 2 43,81 4,49 9,15

1, рр. 330-335 post@vestnik-vsuet.ru

уменьшаются в 1,7 раза в случае использования в резиновой смеси ККН 2, и 2,3 раза при введении в эластомерные композиции ККН 1. Такой характер изменения данного показателя, вероятно, обусловлен уменьшением межмолекулярного взаимодействия, вследствие разрушения физических связей, что приводит к увеличению гибкости молекулярных цепей и уменьшению времени релаксации. При этом выявлено, что вулканизаты с ККН 2 характеризуются на 8-56% меньшим значением Е* по сравнению с резинами, содержащими ККН 1.

Аналогичное изменение величины комплексного модуля упругости установлено и от динамической деформации. Так, изменение деформации от 3,04 до 5,81% приводит к уменьшению комплексного модуля вулканизатов с ККН 2 от 12,96 до 7,52 МПа, а в случае образцов с минеральным наполнителем ККН 1 увеличение деформации от 2,15 до 5,15% приводит к изменению комплексного модуля от 20,30 до 8,65 МПа. Явление снижения модуля при повторных деформациях называется эффектом Патрикеева-Малинза и обусловлено неполным восстановлением структуры материала к началу повторного деформирования из-за наличия флуктуационной сетки. Чем больше узлов в сетке вулканизата, чем медленнее идет релаксация в процессе деформирования, тем в большей степени проявляется эффект размягчения [10].

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Модуль упругости Е’ характеризует часть механической работы, которая накапливается в виде упругой деформации и обратимо возвращается при разгрузке, то есть нормальный модуль эластичности Е’ определяет упругость материала и способность сохранять энергию. При этом модуль упругости резин оказывает существенно влияние на сцепление шин с дорогой, которое определяется типом и состоянием дорожного покрытия, конструкцией и назначением шины, скоростью движения, фрикционными свойствами протекторных резин и др. [2, 10].

Зависимость изменения модуля упругости Е’ от температуры представлена на рисунке 1.

Анализ полученных данных показал, что в интервале температур от 20 до 70 °С значения комплексного модуля упругости вулканизатов

20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00

Рисунок 1. Зависимость модуля упругости Е’ от температуры Т: 1 — ККН 1; 2 — ККН 2

Figure 1. Dependence of the elastic modulus Е on temperature T: 1 — silica 1; 2 — silica 2

Кротова О.А и др. ВестницФТУИШ, 2021, Т. 83, №. 1, СИз полученных данных видно, что повышение температуры приводит к некоторому снижению модуля упругости, а, следовательно, повышается эластичность материала, что может оказывать влияние на сцепление шины с дорогой. Выявлено, что вулканизаты, содержащие кремнекислотный наполнитель марки ККН 2, в зависимости от температуры имеют на 13-36% более низкие значения модуля упругости по сравнению с резинами, содержащих ККН 1 (12,00-7,38 МПа и 18,85-8,45 МПа соответственно). Таким образом, применение в протекторных резиновых смесях ККН 2 приводит к уменьшению модуля упругости резин на их основе, что также ведет к снижению их твердости и может ухудшать сопротивление протектора механическим повреждениям [1, 2, 10].

Модуль потерь Е» определяет часть механической работы, которая необратимо рассеивается в каждом цикле в виде тепла. Чем больше значение Е», тем больше материал нагревается в процессе эксплуатации, что приводит к большим потерям тепла в окружающую среду, а это ведет к увеличению расхода топлива [2, 10].

Результаты исследования модуля потерь Е» вулканизатов представлены на рисунке 2.

8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00

Рисунок 2. Зависимость модуля потерь Е» от температуры Т: 1 — ККН 1; 2 — ККН 2

Figure 2. Dependence of the loss modulus Е» on temperature T: 1 — silica 1; 2 — silica 2

Анализ полученных данных выявил аналогичный характер изменения модуля потерь вулканизатов с различными марками ККН, как и в случае с модулем упругости. Установлено, что при ведении в резиновые смеси ККН 2 модуль потерь Е» вулканизата в интервале температур 20-70 °С уменьшается в 2,77 раза, а у резин, содержащих ККН 1, — в 4,12 раза в том же температурном интервале. При этом определено, что резины, содержащие ККН 2, имеют на 19-46% меньшее значение данного показателя, по сравнению с вулканизатами, наполненными ККН 1. Следовательно, применение в эластомерных

композициях минерального наполнителя ККН 2 позволяет снизить потери тепла в окружающую среду, что, в свою очередь, позволит снизить расход топлива.

Тангенс угла механических потерь (фактор потерь) представляет собой отношение модуля потерь к модулю накопления. Чем больше значение тангенса угла механических потерь (^5), тем в большей мере в данном вязкоупругом материале проявляются свойства вязкой жидкости и в меньшей мере — свойства упругого тела [10].

Зависимость тангенса угла механических потерь tg5 от температуры Т представлена на рисунке 3.

0,45 0,4 0,35 0,3 0,25

10 20 30 40 50 60 70

Рисунок 3. Зависимость тангенса угла механических потерь tg5 от температуры Т: 1 — ККН 1; 2 — ККН 2

Figure 3. Dependence of the tangent of angle of mechanical loss tg5 on temperature T: 1 — silica 1; 2 — silica 2

Из полученных результатов видно, что в интервале температур от 20 до 70 °С вулканизаты, содержащие наполнитель ККН 2, характеризуются на 7-12% меньшими значениями tgS (от 0,34 до 0,19), по сравнению с резинами, наполненными ККН 1 (от 0,39 до 0,21). Из этого следует, что эластомер-ные композиции, наполненные ККН 2, обладают более низкими гистерезисными потерями.

Пониженные значения комплексного модуля, модуля эластичности, модуля потерь и тангенса угла механических потерь резин с ККН 2 могут быть обусловлены большим размером частиц данного наполнителя по сравнению с ККН 1 и меньшей удельной адсорбционной поверхностью (161 м2/г у ККН 2 и не менее 165 м2/г у ККН 1). Известно [1, 11-20] что, вне зависимости от вводимых марок наполнителей между каучуком и ККН происходит химическое и сильное адсорбционное взаимодействие, приводящее к образованию специфических связей каучук-наполнитель. В связи с тем, что ККН 2 обладает меньшей удельной поверхностью в межфазный слой переходит меньшее количество полимера, что приводит к получению более тонкого граничного слоя, ослаблению адгезионного взаимодействия между полимером и частицами наполнителя.

Krotova O.A et aC Proceedings of VSUET, 2021, voC 83, no. 1, pp. 330-335

Установлено, что наиболее целесообразно вводить в рецептуру протекторных резиновых смесей для легковых шин минеральный наполнитель ККН 2, что позволит получить вулканизаты, обладающие повышенными эластичностью и сцеплением с дорожным покрытием,

а также меньшими потерями тепла в окружающую среду и расходом топлива. В настоящее время проводятся дальнейшие исследования по установлению влияния предлагаемого кремнекислотного наполнителя на комплекс технологических и эксплуатационных характеристик протекторных эластомерных композиций.

1 Резниченко С.В., Морозов Ю.Л. Большой справочник резинщика: в 2 ч. Ч. 1: Резины и резинотехнические изделия. М.: Техинформ, 2012. 744 с.

2 Xu Н, Fan Т., Ye N., Wu W. et al. Plasticization effect of bio-based plasticizers from soybean oil for tire tread rubber //Polymers. 2020. V. 12. №. 3. P. 623. dot: 10.3390/polyml2030623

3 Фаляхов М.И., Лынова A.C., Карманова O.B., Михалева Н. А. Исследование эксплуатационных свойств резин на основе синтетического бутадиен-стирольного каучука ДССК-2560-М27 ВВ // Вестник ВГУИТ. 2016. № 1. C. 146-150. dot: 10.20914/2310-1202-2016-1-146-150

4 Каблов В.Ф., Аксенов В.И. Современные тенденции применения каучуков и наполнителей в рецептуре резин // Промышленное производство и использование эластомеров. 2018. № 3. С. 24-34. doi: 10.24411/2071-8268-2018-10305

5 EjsmontJ.,C)wczarzakW.Engineeringmethodoftkerollingresistanceevalmtion//Measurement.2019. V. 145.P. 144—149. dot: 10.1016/j.measurement.2019.05.071

6 ДорожкинВ.П., Мохнаткина Е.Г., Земский Д.Н. Силанизация. Часть I//Каучук и резина. 2019. № 1. С. 28-37.

7 ДорожкинВ.П., Мохнаткина Е.Г., Земский Д.Н. Силанизация. Часть II//Каучук и резина. 2019. №2. С. 100-113.

8 Волоцкой А.Н., Юркин Ю.В., Авдонин В.В. Влияние типа наполнителя на динамические свойства вибропоглощающих полимерных композиционных материалов на основе этиленвинилацетата // Современные наукоемкие технологии. 2018. № 12. С. 31-36.

9 ГОСТ 56801-2015. Пластмассы. Определение механических свойств при динамическом нагружении. М.: Стандартинформ, 2016. 27 с.

10Мансурова И.А., Исупова О.Ю., Бурков А.А., Гаврилов К.Е. Упруго-гистерезисные свойства резин, содержащих функционализированные полимером углеродные нанотрубки // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2018. Т. 61. № 4-5. С. 76-83. dot: 10.6060/tcct.20186104-05.5596

llGerges N., Issa С., Fawaz S. Rubbers: Mechanical and dynamical properties// Case Studies in Construction Materials. 2018. V. 9. P. 128-129.

12 Guo F., Zhang J., Pei J., Zhou B. et al. Study on the mechanical properties of rubber asphalt by molecular dynamics simulation // Journal of molecular modeling. 2019. V. 25. №. 12. P. 1-8. doi: 10.1007/s00894-019-4250-x

l3Maghami S. Silica-filled tire tread compounds: an investigation into the viscoelastic properties of the rubber compounds and their relation to tire performance. 2016. doi: 10.3990/1.9789036541282

14 Wisojodharmo L.A., Fidyaningsih R., Fitriani D.A., Arti D.K. et al. The influence of natural rubber-butadiene rubber and carbon black type on the mechanical properties of tread compound // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2017. V. 223. №. 1. P. 012013.

15 Fathurrohman M.I., Rugmai S., Hayeemasae N., Sahakaro K. et al. Better balance of silica-reinforced natural rubber tire tread compound properties by the use of montmorillonite with optimum surface modifier content // Rubber Chemistry and Technology. 2020. V. 93. №. 3. P. 548-566. doi: 10.5254/rct.20.80407

16 Zafarmehrabian R, Gangali S.T., Ghoreishy MH.R, Davallu M The effects of silica/carbon black ratio on the dynamic properties of the tread compounds in truck tires // E-joumal of Chemistiy. 2012. V. 9. №. 3. P. 1102-1112. doi: 10.1155/2012/571957

17 Sattayanurak S., Noordermeer J.W., Sahakaro K., Kaewsakul W. et al. Silica-reinforced natural rubber: synergistic effects by addition of small amounts of secondary fillers to silica-reinforced natural rubber tire tread compounds // Advances in materials science and engineering. 2019. doi: 10.1155/2019/5891051

ISRamarad S., Khalid M., Ratnam C.T., Chuah A.L. et al. Waste tire rubber in polymer blends: A review on the evolution, properties and future // Progress in Materials Science. 2015. V. 72. P. 100-140. doi: 10.1016/j.pmatsci.2015.02.004

!9Mousavi H, Sandu C. Sensitivity analysis of tire-ice friction coefficient as affected by tire rubber compound properties // Journal of Terramechamcs. 2020. V. 91. P. 319-328. doi: 10.1016/j,jterra.2020.08.004

20Thaptong P., Sae- Oui P., Sirisinha C. Effects of silanization temperature and silica type on properties of silica-filled solution styrene butadiene rubber (SSBR) for passenger car tire tread compounds // Journal of Applied Polymer Science. 2016. V. 133. №. 17. doi: 10.1002/app.43342

1 Reznichenko S.V., Morozov Yu. L. Large handbook of rubber technologist. Part 1: Rubber and rubber products. Moscow, Tekhinform, 2012. 744 p. (in Russian).

2 Xu H., Fan T., Ye N., Wu W. et al. Plasticization effect of bio-based plasticizers from soybean oil for tire tread rubber. Polymers. 2020. vol. 12. no. 3. pp. 623. doi: 10.3390/polym12030623

3 Falyakhov M.I., Lynova A.S., Karmanova O.V., Mikhaleva N.A. Research of operational properties of compound based on high viscosity styrene-butadiene rubber SSBR-2560 TDAE HV. Proceedings of VSUET. 2016. no. 1. pp. 146-150. doi: 10.20914/ 2310-1202-2016-1-146-150 (in Russian).

4 Kablov V.F., Aksenov V.I. Modern trends in the use of rubbers and fillers in rubber formulations. Industrial production and use of elastomers. 2018. no. 3. pp. 24-34. doi: 10.24411/2071-8268-2018-10305 (in Russian).

5 Ejsmont J., Owczarzak W. Engineering method of tire rolling resistance evaluation. Measurement. 2019. vol. 145. pp. 144-149. doi: 10.1016/j.measurement.2019.05.071

6 Dorozhkin V.P., Mokhnatkina E.G., Zemsky D.N. Silanization. Part I. Kauchuk and Rubber. 2019. no. 1. pp. 28-37. (in Russian).

Кротова О.А и др. ВестницФТУИШ, 2021, Т. 83, №. 1, С- 330-335

7 Dorozhkin V.P., Mokhnatkina E.G., Zemsky D.N. Silanization. Part II Kauchuk and Rubber. 2019. no. 2. pp. 100-113. (in Russian).

8 Volotskoy A.N., Yurkin Yu. V., Avdonin V.V. Influence of the type of filler on the dynamic properties of vibration-absorbing polymer composite materials based on ethylene vinyl acetate. Modern science-intensive technologies. 2018. no. 12. pp. 31-36. (in Russian).

9 State Standard 56801-2015. Plastics. Determination of mechanical properties under dynamic loading. Moscow, Standartinform Publ., 2016. 27 p. (in Russian)

10 Mansurova I.A., Isupova O. Yu., Burkov A.A., Gavrilov K.E. Elastic and hysteresis properties of rubbers containing polymer-functionalized carbon nanotubes. Izvestiya vuzov. Chemistry and chemical technology. 2018. vol. 61. no. 4-5. pp. 76-83. doi: 10.6060/tcct.20186104-05.5596 (in Russian).

11 Gerges N., Issa С., Fawaz S. Rubbers: Mechanical and dynamical properties. Case Studies in Construction Materials. 2018. vol. 9. pp. 128-129.

12 Guo F., Zhang J., Pei J., Zhou B. et al. Study on the mechanical properties of rubber asphalt by molecular dynamics simulation. Journal of molecular modeling. 2019. vol. 25. no. 12. pp. 1-8. doi: 10.1007/s00894-019-4250-x

13 Maghami S. Silica-filled tire tread compounds: an investigation into the viscoelastic properties of the rubber compounds and their relation to tire performance. 2016. doi: 10.3990/1.9789036541282

14 Wisojodharmo L.A., Fidyaningsih R., Fitriani D.A., Arti D.K. et al. The influence of natural rubber-butadiene rubber and carbon black type on the mechanical properties of tread compound. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2017. vol. 223. no. 1. pp. 012013.

15 Fathurrohman M.I., Rugmai S., Hayeemasae N., Sahakaro K. et al. Better balance of silica-reinforced natural rubber tire tread compound properties by the use of montmorillonite with optimum surface modifier content. Rubber Chemistry and Technology. 2020. vol. 93. no. 3. pp. 548-566. doi: 10.5254/rct.20.80407

16 Zafarmehrabian R., Gangali S.T., Ghoreishy M.H.R., Davallu M. The effects of silica/carbon black ratio on the dynamic properties of the tread compounds in truck tires. E-journal of Chemistry. 2012. vol. 9. no. 3. pp. 1102-1112. doi: 10.1155/2012/571957

17 Sattayanurak S., Noordermeer J.W., Sahakaro K., Kaewsakul W. et al. Silica-reinforced natural rubber: synergistic effects by addition of small amounts of secondary fillers to silica-reinforced natural rubber tire tread compounds. Advances in materials science and engineering. 2019. doi: 10.1155/2019/5891051

18 Ramarad S., Khalid M., Ratnam C.T., Chuah A.L. et al. Waste tire rubber in polymer blends: A review on the evolution, properties and future. Progress in Materials Science. 2015. vol. 72. pp. 100-140. doi: 10.1016/j.pmatsci.2015.02.004

19 Mousavi H., Sandu C. Sensitivity analysis of tire-ice friction coefficient as affected by tire rubber compound properties. Journal of Terramechanics. 2020. vol. 91. pp. 319-328. doi: 10.1016/j.jterra.2020.08.004

20 Thaptong P., Sae- Oui P., Sirisinha C. Effects of silanization temperature and silica type on properties of silica-filled solution styrene butadiene rubber (SSBR) for passenger car tire tread compounds. Journal of Applied Polymer Science. 2016. vol. 133. no. 17. doi: 10.1002/app.43342

Сведения об авторах Information about authors

Ольга А. Кротова к.т.н., старший преподаватель, кафедра Olga A. Krotova Cand. Sci. (Engin.), associate professor, polymer

полимерных композиционных материалов, Белорусский composite materials department, Belarusian State Technological

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, University, Sverdlova str., 13a Minsk, 220006, Republic of Belarus,

г. Минск, 220006, Республика Беларусь, o.krotova@belstu.by o.krotova@belstu.by

Жанна С. Шашок к.т.н., доцент, кафедра полимерных Zhanna S. Shashok Cand. Sci. (Engin.), associate professor, polymer

композиционных материалов, Белорусский государственный composite materials department, Belarusian State Technological

технологический университет, ул. Свердлова, 13а, г. Минск, University, Sverdlova str., 13a Minsk, 220006, Republic of Belarus,

220006, Республика Беларусь, shashok@belstu.by shashok@belstu.by

Елена П. Усс к.т.н., доцент, кафедра полимерных композиционных Elena P. Uss Cand. Sci. (Engin.), associate professor, polymer

материалов, Белорусский государственный технологический composite materials department, Belarusian State Technological

университет, ул. Свердлова, 13а, г. Минск, 220006, Республика University, Sverdlova str., 13a Minsk, 220006, Republic of Belarus,

Беларусь, uss@belstu.by uss@belstu.by

Андрей Ю. Люштык главный химик — начальник лаборатории, Andrey Yu. Lyushtyk chief chemist — head of the laboratory, factory

заводская лаборатория, ОАО «Белшина», Минское шоссе, 4, laboratory, JSC Belshina, Minsk Highway Str., 4, Bobruisk, 213824,

г. Бобруйск, 213824, Республика Беларусь, lyushtykayu@belshina.by Republic of Belarus), lyrishtykayu@belshina.by

Ольга В. Карманова д.х.н., зав. кафедрой, кафедра технологии Olga V. Karmanova Dr. Sci. (Chem.), head of department,

органических соединений, переработки полимеров и техносферной technology of organic compounds, polymers processing and

безопасности, Воронежский государственный университет technosphere safety department, Voronezh State University of

инженерных технологий, пр-т Революции, 19, г. Воронеж, 394036, Engineering Technologies, Revolution Av., 19, Voronezh, 394036,

Россия, karolga@mail.ru Russia, karolga@mail.ru

Вклад авторов Contribution

Все авторы в равной степени принимали участие в написании All authors are equally involved in the writing of the manuscript and are рукописи и несут ответственность за плагиат responsible for plagiarism

Конфликт интересов Conflict of interest

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare no conflict of interest.

Поступила 20/01/2021 После редакции 17/02/2021 Принята в печать 03/03/2021

Received 20/01/2021 Accepted in revised 17/02/2021 Accepted 03/03/2021

Что оказывает влияние на жесткость резины

ООО «ДомРезин»
тел.: +7 (812) 953-52-84
E-mail: domrezin@inbox.ru
г. Санкт-Петербург

Главная » Влияние агрессивных сред

• Услуги
  • Прессование РТИ изделий
  • Проектирование РТИ изделий
  • Проектирование прессформ
  • Изготовление пресс-форм
  • Продажа пресс-форм
  • Изделия по протатипу
  • Перевод технических текстов
  • Манжета
  • Заглушки
  • Втулки
  • Пробки
  • Профиль уплотнительный
  • Уплотнение корпусов
  • Техпластина
  • Пластина резиновая
  • Нестандартные РТИ
  • Шланг армированный из резины
  • Зубчатые ремни
  • Виброопора
  • Виброизолятор
  • Отбойник
  • Производство РТИ
  • Оборудование для прессования
  • Пресс-формы
  • Литьевое прессование
  • Литьевые прессы
  • Требования к пресс-формам
  • Эксплуатационные требования
  • Обогрев пресс-форм
  • Дисковый экструдер
  • Каучук
  • Добавки
  • Резиновая смесь
  • Силиконовая резина
  • Хранение каучука
  • Стоимость прессформы
  • Оформление заказа
  • Марки резины

  Влияние агрессивных сред на каучуки

  Действие галогенов

  В процессе контакта натурального каучука с галогенами на ряду с присоединением галогена по средствам двойной связи начинается процесс замены водорода с образованием хлористого во дорода .

  Хлорирование натурального каучука осуществляется путем пропуска ния хлора по раствору каучука в четыреххлористом углероде или при контакте каучука с хлором под давлением . Хлорирование происходит после образования ряда промежуточных продук тов . Итоговый продукт хлорирования в четыреххлористом углероде является высокомолекулярным соединением циклической структуры , называемое хлоркаучуком . Этот насыщенный продукт является результатом присоединения хло ра , замещения хлором водорода и циклизации .

  Хлоркаучук легко растворяем во всех растворителях натурального каучука , за исключением бензина . Растворы его имеют почти та кую же вязкость , как и растворы первоночального каучука , следователь но , хлорирование не приводит к заметному разрыву макромолекул и снижению молекулярной массы . Обычно хлоркаучук полу ¬ чают как в виде белого порошка так и прозрачных пленок . При температуре близкой к 70 ° С он размягчается , переходя в мяг кое и эластичное состояние , при 180 — 200 ° С разлагается с образованием хлора .

  Являясь насыщенным соединением , хлоркаучук обладает относи тельно высокой химической стойкостью : он устойчив к влиянию кис лот , солей и щелочей . Он используется в процессе изготовления различных красок , антикоррозионных покрытий и огнеупоров , а также является основой композиции для крепления элементов из резины к металлическим поверхностям .

  Хлорирование синтетических бутадиенового и бутадиенстирольного каучуков в растворе четыреххлористого углерода проте­кает в основном по двойным связям и сопровождается сшиванием макромолекул ; циклизации при этом почти не наблюдается. Про­дукты частичного хлорирования этих каучуков, содержащие до 35% хлора, способны вулканизоваться серой и оксидами металлов с образованием ненаполненных вулканизатов с прочностью при растяжении до 13 МПа (130 кгс/см 2 ). Предельное содержание хло­ра в продуктах хлорирования бутадиен-стирольного каучука со­ставляет 53%, а в продуктах хлорирования бутадиенового каучука 65—71%. Эти продукты отличаются высокой химической стой­костью.

  Хлорированием наирита в дихлорэтане или хлороформе полу­чают хлорнаирит с содержанием 68% хлора, что соответствует фор­муле (C4H5CI3)п. Хлорнаирит применяется для изготовления клеев, используемых для крепления резины к металлам в процессе вулка­низации резино-металлических изделий.

  При взаимодействии натурального каучука с бромом на холоду происходит присоединение брома по месту двойной связи с обра­зованием дибромида каучука — высокомолекулярного соединения состава (С5Н₈Вr₂)n. Эта реакция на практике применяется для количественного определения каучука в смесях с другими вещест­вами. Дибромид сравнительно неустойчив, при температуре выше 60 °С наступает его разложение.

  При взаимодействии натурального каучука с иодом и фтором происходит одновременно окисление каучука. Только в особых ус­ловиях удается получить высокомолекулярные продукты взаимо­действия с иодом и фтором, аналогичные дибромиду.

  Действие серной кислоты и сульфатов

  При действии на натуральный каучук серной кислоты и сульфокислот образуются так называемые термопрены. В зависимости от условий получения, от количества взятой кислоты могут полу­чаться термопрены разной твердости. Все термопрены термопла­стичны, т. е. способны размягчаться при нагревании.

  Некоторые термопрены в виде клея применяют для крепления резины к по­верхности металла и дерева, при обкладке поверхности металли­ческой аппаратуры (гуммировании).

  В химическом процессе получения термопрена пользуется нелетучие и более равномерно распределяемые в каучуке сульфокисло­ты. Этот процесс осуществляется смешением n-Толуолсульфокислоты в количестве 8—9% с изопреновым каучуком на каландрах, и дальнейшего разогрева полученной смеси до температуры близкой к 140 °С в течение 3нескольких часов. После окончания термо обработки полученную смесь промывают на вальцах, тем самым удаляя кислоты с дальнейшей сушкой полученного вещества.

  При образовании термопренов происходит циклизация каучука в результате взаимодействия соседних двойных связей. Состав термопрена приближается к формуле (C₅H₈)n, что указывает на то, что кислота не присоединяется к каучуку, а вызывает лишь изменение его молекулярной структуры, при этом количество двойных связей в молекулах уменьшается почти в 2—2,5 раза.

  Термопрены растворимы в тех же растворителях, что и каучук.

  Вязкость растворов термопрена значительно ниже вязкости растворов исходного каучука, что указывает на снижение молекулярной массы под действием сульфокислот. Термопрены способны вул­канизоваться серой, как и исходный каучук, присоединяют гало­гены и галогеноводороды.

  Синтетический цис- 1,4-полиизопрен взаимодействует с сульфокислотами, при этом происходит циклизация с образованием про­дуктов, которые имеют строение, аналогичное строению продуктов взаимодействия натурального каучука с сульфокислотами.

  Окисление каучуков

  Окисление — основная причина старения каучуков и резины, в результате которого ухудшаются их физико-механические и технологические свойства. Взаимодействие каучука с кислородом имеет весьма существенное значение при проведении ряда технологиче­ских процессов, таких как пластикация, вулканизация и регенера­ция, приводящих к изменению свойств каучука.

  Продуктами окисления каучуков являются как летучие, так и нелетучие соединения. В смеси легколетучих продуктов реакции окисления натурального каучука обнаружены: двуокись углерода, вода и водород, перекись водорода, формальдегид. В летучих продуктах окисле­ния— бутадиенового каучука — вода, формальдегид, муравьиная кислота.

  В продуктах окисления нелетучей природы кисло­род содержится в функциональных группах.

  При окислении каучуки могут поглощать значительное количество кислорода. Стало известно, что натуральный каучук в процессе окисления поглощает до 30% кислорода.

  Натуральный каучук используемый для технических нужд при комнатной температуре окисляется относительно медленно благодаря присутствию в его составе противостарителей естественной природы. В процессе экстрагировании каучука ацетоном из него вымываются смолы, и естественные противостарители; поэтому экстрагированный и чистый каучуки, лишенные примесей белков и смол, окисляются легче. В начале реакции окисления натуральный каучук характеризуется относительной липкостью, после реакции присоединения 0,5— 1,0% кислорода вся масса каучука размягчается. При дальнейшем окислении и поглощения каучуком 12—25% кислорода, он становится твердым и увеличивается его хрупкость, его поверхность покрывается трещинами.

  Из экспериментов известно, что поглощение небольшого количества кислорода приводит к резким изменениям свойств каучука: снижению прочности при растяжении, средней молекулярной массы, вязкости его растворов, повышается его растворимость в растворителях и пластичность. При присоеди­нении 0,5% кислорода прочность при растяжении пленки каучука, приготовленной из латекса, понижается на 50%.

  Изменение свойств натрийбутадиенового каучука в процессе окисле­нии имеет другой характер: увеличивается прочность при растяже­нии и жесткость, снижается растворимость.

  Вследствие способности легко окисляться каучуки могут применяться только после стабилизации их добавками противостарителей.

  Способность каучуков к окислению различна и зависит от их молекулярной массы и структуры: разветвленности молекул, чис­ла двойных связей в основной цепи, наличия полярных замести- , телей, их положения и природы. Так, от хлоропренового каучука, содержащего хлор в качестве полярного заместителя, под дей­ствием кислорода отщепляется хлористый водород. Наличие метильных групп, находящихся в a-положении к двойной связи, способствует окислению в большей степени, чем наличие таких заместителей, как фенильная или нитрильная группы, хлор.

  На окисление каучуков оказывает значительное влияние разветвленность макромолекул. Чем больше разветвленность, тем легче развиваются окислительные процессы, вероятно, вследствие большей реакционной способности третичных атомов углерода.

  Окисление всех каучуков ускоряется при нагревании, под дей­ствием света, статических и динамических нагрузок, при воздей­ствии солей металлов переменной валентности (Сu, Fe, Мn, Со). Значительное влияние на окисление оказывают различные химиче­ские реагенты и примеси, которые либо тормозят (ингибируют), либо ускоряют (инициируют) процесс окисления. В реальных усло­виях происходит одновременное воздействие нескольких из пере­численных факторов, ускоряющих окислительные процессы. Од­нако действие этих факторов, как правило, не аддитивно.

  Механизм окисления каучуков. В соответствии с перекисной теорией окисления, предложенной академиком А. Н. Бахом, моле­кула кислорода присоединяется к окисляемому веществу, не раз­рываясь на отдельные атомы; в результате в качестве первичных продуктов окисления органического вещества образуются перекиси а гидроперекиси, которые легко распадаются.

  Установлено, что кислород присоединяется в основном к метиленовым группам, находящимся в a-положении по отношению к двойным связям, с образованием гидроперекисей.

  Боковые радикалы представляют собой, как правило, углеводородные цепи, состоящие из большого числа изопреновых групп; по­этому длина образующихся при распаде новых молекул достаточно велика. Распад молекул каучука с образованием высокомоле­кулярных продуктов называется окислительной деструкцией. Окис­лительной деструкцией, происходящей на первоначальной стадии окисления натурального каучука, объясняется понижение молеку­лярной массы, прочности и эластичности, а также повышение пла­стичности, растворимости и снижение вязкости растворов этого каучука.

  Интенсивность деструкции каучука в результате его окисления зависит от температуры. Так, при 100 °С на 5—10 атомов прореагировавшего кислорода приходится один разрыв молекуляр­ной цепи.

  Чем глубже идет процесс окисления, тем значительнее деструк­ция молекул каучука. При глубоком окислении в результате присоединения больших количеств кислорода образуются низкомоле­кулярные продукты деструкции, содержащие карбонильные и кар­боксильные группы, например левулиновый альдегид.

  Установлено, что при окислении каучуков одновременно с деструкцией происходит и структурирование. Соотношение скоростей деструкции и структурирования зависит от структуры каучука и условий процесса окисления. Уменьшение концентрации кислорода ведет к уменьшению скорости деструкции натурального каучука и к повышению скорости его структурирования. При нагревании в вакууме натуральный каучук, весьма склонный к деструкции, под­вергается структурированию. При окислении бутадиенового кау­чука, наоборот, с уменьшением концентрации кислорода скорость структурирования понижается.

  Методы исследования, применяемые в настоящее время, дают возможность определить только, какой процесс преобладает, а так­же оценить суммарный эффект изменения структуры каучука под влиянием одновременно протекающих процессов.

  Натрийбутадиеновый каучук, содержащий бутадиеновые звенья в положении 1,2, по скорости структурирования значительно превосходит натуральный каучук. Это, в частности, объясняется тем, что при нагревании его развивается процесс термического структурирования, который особенно интенсивно протекает при наличии значительного числа боковых винильных групп.

  Наблюдаемое при окислении натрийбутадиенового каучука повышение жесткости и прочности, рост условных напряжений при заданном удлинении, понижение относительного удлинения и растворимо­сти свидетельствуют о преобладании при окислении этого каучука процесса структурирования, являющегося результатом соединения цепных молекул в пространственную сетку силами химических свя­зей, и за счет усиления межмолекулярного взаимодействия, вы­званного появлением новых полярных групп (карбонильных, карбоксильных).

  цыс-1,4-Бутадиеновый каучук, содержащий всего 2—5% звеньев в положении 1,2, обладает значительно более высокой стойкостью к окислению по сравнению с натрийбутадиеновым каучуком.

  По стойкости к окислению ненасыщенные каучуки располагают­ся в ряд: бутилкаучук > бутадиен-нитрильный > хлоропреновый > бутадиен-стирольный > бутадиеновый > изопреновый.

  Соединения металлов переменной валентности (Fe, Со, Мn, Сu) каталитически ускоряют процесс окисления каучуков. Особенно активны соли жирных и смоляных кислот, растворимые в каучу­ках. Так, их каталитическое действие на окисление натурального каучука проявляется при содержании 0,1—0,01%.

  Некоторые химические реагенты являются ингибиторами окис­ления. Они тормозят процесс окисления, уменьшая скорость окис­ления каучука в десятки и сотни тысяч раз по сравнению со ско­ростью автокаталитического окисления. Вещества, специально при­меняемые для торможения окисления и старения каучука, носят название противостарителей. Ингибирующее действие оказывают и некоторые другие компоненты резиновых смесей.

  Действие озона

  При действии озона на каучуки образуются озониды; при этом увеличивается масса каучуков и на их поверхности (за исключе­нием натурального и бутилкаучука) образуется хрупкая пленка. Особенно эффективно действие озона на каучук, находящийся под действием растягивающей нагрузки. В этих условиях наступает так называемое озонное растрескивание, поверхность деформиро­ванного образца покрывается трещинами. С увеличением нагрузки озонное растрескивание увеличивается. Окисление кислородом спо­собствует озонному растрескиванию.

  Стойкость каучуков к действию озона не одинакова: особенно сильно озон действует на натуральный, бутадиеновый и бутадиен- стирольный каучуки.

  Хлоропреновый и бутилкаучук отличаются повышенной стойкостью к действию озона; резины из других кау­чуков требуют специальных мер защиты. Повышенная стойкость бутилкаучука к озону объясняется малой ненасыщенностью, а по­вышенная стойкость хлоропренового каучука — наличием в его мо­лекулах хлора.

  Взаимосвязь показателей жесткости шин и эксплуатационных свойств автомобиля Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

  Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Кондрашов В. Н., Воронин В. В., Карпухин К. Е.

  В статье проводится анализ характеристик жесткости шины , таких как: нормальная жесткость; боковая жесткость; продольная жесткость; угловая жесткость; крутильная жесткость. Рассматриваются влияния вышеуказанных характеристик, на эксплуатационные свойства автомобилей. Приводятся рекомендации по проектированию новых шин с учетом их последующего применения на современных автомобилях.

  i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

  Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Кондрашов В. Н., Воронин В. В., Карпухин К. Е.

  Численное решение контактной задачи дляавтомобильной шины при стационарном качении с боковым уводом
  Экспериментальные исследования радиальной жесткости наклоненного колеса
  К вопросу об углах установки управляемых колес автомобилей
  Влияние параметров и условий качения эластичных колес на их силовые и кинематические характеристики

  Влияние функциональных характеристик подвески и шин на нагруженность колёс автомобиля при движении по стерне зерновых колосовых

  i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
  i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

  Relation between Tire Rate Value and Vehicle Operation Performance

  The paper deals with the analysis of characteristics of rigidity of the tyre, such as: normal rigidity; lateral rigidity; longitudinal rigidity; angular rigidity; torsional rigidity. Influences of the above-stated characteristics on operational performance of vehicles are considered. The authors give recommendations of designing of new tyres taking into account their subsequent application on modern cars.

  Текст научной работы на тему «Взаимосвязь показателей жесткости шин и эксплуатационных свойств автомобиля»

  Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели.

  4. Марти А.Н. , Занозин С.Г. К вопросу об АБС, работающей в режиме реального времени // Автомобильная промышленность, 2006, №7 — №9.

  5. Б. ЕЦеу «Адаптация датчиков вращения и проектирование импульсного колеса» КВ-М08С0^№. 7р — 2005.

  Взаимосвязь показателей жесткости шин и эксплуатационных свойств

  Кондрашов В.Н., Воронин В.В., к.т.н. Карпухин К.Е.

  Повышение активной безопасности автомобиля — одно из приоритетных направлений развития мирового автомобилестроения. Это находит свое отражение в постоянном поиске и реализации путей улучшения устойчивости движения и управляемости автомобилей, а также в постоянном совершенствовании международных стандартов, в том числе, «Правил ЕЭК ООН». При этом устойчивость и управляемость — это те качества автомобиля, которые наиболее важны с точки зрения безопасности движения. И поскольку интенсивность движения из года в год возрастает, проблема улучшения этих качеств становится все значительнее. Именно поэтому конструкторы, совершенствующие автомобили, уделяют ей особое внимание.

  Свойства управляемости и устойчивости, как уже было сказано, тесно взаимосвязаны и имеют много общих черт. Они зависят от одних и тех же конструктивных параметров элементов шасси: колес, шин, подвески, рулевого управления, а также геометрических параметров автомобиля и расположения его центра масс, определяющих перераспределение нагрузок по осям и бортам. Сочетание же значений этих конструктивных параметров при заданных свойствах дорожного покрытия определяют явления и их характеристики в пятнах контакта колес с дорогой, в результате чего автомобиль ведет себя тем или иным образом в заданной дорожной ситуации.

  При решении задач, связанных с оценкой управляемости движения колесных машин, требуется рассматривать совместно явления увода всех колес и самоповорота управляемых колес.

  По ГОСТ 17697-72 «Автомобили. Качение колеса. Термины и определения», угол увода (увод колеса) — это угол между вектором поступательной скорости колеса и его продольной центральной осью при качении без бокового скольжения.

  Из сказанного, а также из физических причин, обусловливающих увод эластичного колеса, следует, что к определению увода можно подходить с разных сторон. Например, с одной стороны, увод можно определять через деформацию шины, с другой стороны — через соотношение боковой Уку и продольной Укх составляющих поступательной скорости колеса , как показано на рис. 1.

  Из рисунка следует, что

  где г — угол увода; Лу — снос продольной реакции опорной поверхности, определяемый боковой деформацией шины; 1ПК — половина длины пятна контакта колеса с опорной поверхностью.

  Эластичная шина характеризуется следующими показателями жесткости:

  Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели.

  • коэффициентом нормальной жесткости — первая производная нормальной нагрузки колеса по нормальному прогибу шины;

  • коэффициентом боковой жесткости — первая производная боковой силы колеса по боковому упругому смещению колеса;

  • коэффициентом крутильной жесткости шины — первая производная крутящего момента колеса по углу закрутки шины;

  • коэффициентом угловой жесткости — первая производная поворачивающего момента колеса по угловому упругому смещению колеса.

  Рис. 1. Схема для определения угла увода колеса в ведомом режиме.

  Под нормальным прогибом шины понимается линейное смещение центра колеса относительно опорной поверхности под действием нормальной нагрузки, измеренное по нормали к опорной поверхности. Под боковым упругим смещением колеса понимается линейное смещение центра колеса относительно площади контакта за счет упругих свойств шины под действием боковой силы, измеренное в центральной плоскости, параллельной опорной. Под углом закрутки шины понимается угловое смещение точки обода колеса вокруг оси вращения колеса относительно неподвижной в контакте точки шины в результате приращения крутящего момента, измеренное в плоскости вращения колеса. Под угловым упругим смещением колеса понимается угловое смещение точки обода колеса относительно неподвижной в контакте точки шины вокруг нормали, проходящей через центр колеса, под действием приращения поворачивающего момента, измеренное в плоскости, параллельной опорной.

  В табл. 1 рассмотрены эксплуатационные свойства автомобилей, которые определяются или на которые влияют эластичные свойства шины, а также соответствующие им характеристики жесткости. В табл. 1, в ее части, соответствующей плавности хода, рассматривается только коэффициент нормальной жесткости, поскольку только радиальная податливость шины воспринимает колебания кузова по тем координатам, по которым происходит деформация упругих элементов подвески. При перспективной установке продольных упругих элементов продольная податливость шины будет оказывать очень незначительное влияние на продольный колебательный процесс кузова. Это связано с тем, что в силу прочностных осо-38 Известия МГТУ «МАМИ» № 1(7), 2009

  Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. бенностей продольная жестокость шины велика (в 4..5 раз больше нормальной), а продольные деформации, соответственно, малы (для легковых автомобилей 3..4 мм от воздействия тормозных сил). Такие малые деформации не только не обеспечивают гашения продольных колебаний, но и не влияют на эффективность этого гашения.

  Характеристики жесткости шины, влияющие на эксплуатационные свойства

  Эксплуатационное свойство автомобиля Явление, определяющее или влияющее на эксплуатационное свойство в наибольшей степени Вид деформации шины, в наибольшей степени определяющий указанное явление Характеристика жесткости шины по ГОСТ 17697-72, определяющая указанный вид деформации

  Плавность хода Колебания неподрессо-ренной массы Радиальная деформация Коэффициент; нормаль- с ной жесткости шины ш 2

  Устойчивость движения Боковой увод колеса Боковая деформация шины Коэффициент боковой с жесткости шины ш у

  Радиальная деформация шины Коэффициент нормаль- „ с ной жесткости шины ш 2

  Нарушение контакта колес с опорной поверхностью Радиальная деформация шины Коэффициент нормаль- с ной жесткости шины ш 2

  Управляемость Угловые колебания управляемых колес вокруг осей шкворней Продольная деформация шины (пересчитывается в крутильную) Коэффициент продольной с жесткости шины ш х с (пересчитывается в ш 0 )

  Боковая деформация шины Коэффициент боковой с жесткости шины ш у

  Угловая деформация шины Коэффициент угловой жесткости шины с,м 9

  Нарушение контакта колес с опорной поверхностью Радиальная деформация шины Коэффициент нормаль- с ной жесткости шины ш 2

  Тягово-скоростные свойства Крутильные колебания в трансмиссии Крутильная деформация Коэффициент крутильной с о жесткости шины ш 0

  Сопротивление качению автомобиля Радиальная деформация Коэффициент нормаль- с ной жесткости шины ш 2

  Что касается режима торможения, то, достичь «границы снижения комфорта», или «границы снижения производительности труда от усталости» на сухом асфальте, как и добиться изменения упругих параметров подвески и колеса нельзя.

  По результатам анализа табл. 1 построена схема, приведенная на рис. 2, в которой в окружностях показаны эксплуатационные свойства автомобиля, которые определяются или на которые влияют эластичные свойства шины с соответствующими им коэффициентами жесткости. Наличие зависимости указано стрелками.

  Схема, приведенная на рис. 2 может быть представлена по-другому, например, как на рис. 3. Это вид сверху на четырехгранную пирамиду, каждая грань которой эксплуатацион-

  Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. ное свойство.

  Рис. 2. Характеристики жесткости, влияющие на эксплуатационные свойства

  автомобиля. Схема взаимосвязей.

  Похожие публикации:

  1. Как вернуть госпошлину за регистрацию автомобиля через госуслуги
  2. Лед лампы для авто отзывы владельцев что лучше
  3. Магнитола для автозвука какую выбрать
  4. Ниссан теана где находится масляный фильтр