Химия и химическая технология/1.Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические

изделия, шины и их производство.

К.т.н. Сагитова Г.Ф., студентка группы ЕП-04-4к Байболова Г.Р.

Южно-Казахстанский государственный университет имени М.Ауезова, Казахстан

Цеолиты Даубабинского месторождения –

наполнители шинных резин

Актуальной проблемой резиновой промышленности, является расширение сырьевой базы используемых ингредиентов и замена традиционных дорогостоящих наполнителей, таких как технический углерод, мел, каолин на экологически чистые соединения природного происхождения.

Использование природных минеральных наполнителей в резинах позволяет улучшить их эксплуатационные свойства и уменьшить себестоимость продукции.

С этой точки зрения заслуживают большого внимания природные цеолиты, представляющие собой минералы, состоящие в основном из алюмосиликатов щелочноземельных металлов. Химический состав цеолитов зависит от месторождения. В данных исследованиях использован цеолит Даубабинского месторождения Казахстана, который по химическому составу состоит в основном из окисей кремния и алюминия (SiO₂ - 60-74%, A1₂O₃ - 14-15%), а также окислов натрия, железа, кальция, магния [1]. Исследованные ранее состав и строение Даубабинского цеолитов указывают на его высокую поверхностную активность, способность образовывать дополнительные связи и открывает широкие возможности для использования их в качестве наполнителей высокомолекулярных соединений [2].

Широко применяемые в настоящее время в шинных резинах в качестве наполнителя технический углерод обладает рядом недостатков: повышенная огне- и взрывоопасность, трудоемкость транспортировки, дороговизна, необходимость ввоза из-за границы.

Для изучения влияния цеолитов на свойства резин использовались несколько типов рецептов шинных резин (каркасный, брекерный и протекторный), в которых частично или полностью заменялись различные марки технического углерода (таблица 1).

Таблица 1. Рецептура каркасной смеси

Наименование ингредиентов	Масс.ч. на 100 масс.ч. каучука
	Эталон	1	2	3	4	5
СКИ-3 Сера полимерная Сера техническая Сульфенамид "Ц" Гексол ЗВ*4 Сантогард PV I Модификатор РУ Белила цинковые Кислота стеариновая Канифоль сосновая Смолы углеводородные Масло ПН-6Ш Диафен ФП Технический углерод П-514 Технический углерод П-234 Цеолит	100 1,8 1,6 1,3 1,1 0,5 1,3 5,1 2,5 2,3 5,1 2,6 0,6 48,2 12,8 -	100 1,8 1,6 1,3 1,1 0,5 1,3 5,1 2,5 2,3 5,1 2,6 0,6 48,2 7,8 5	100 1,8 1,6 1,3 1,1 0,5 1,3 5,1 2,5 2,3 5,1 2,6 0,6 48,2 2,8 10	100 1,8 1,6 1,3 1,1 0,5 1,3 5,1 2,5 2,3 5,1 2,6 0,6 38,2 12,8 15	100 1,8 1,6 1,3 1,1 0,5 1,3 5,1 2,5 2,3 5,1 2,6 0,6 28,2 12,8 20	100 1,8 1,6 1,3 1,1 0,5 1,3 5,1 2,5 2,3 5,1 2,6 0,6 18,2 12,8 30

Порядок загрузки ингредиентов, режим смешения и вулканизации испытываемых рецептов резин соответствует заводскому технологическому регламенту [3].

Определение вулканизационных свойств стандартных смесей и смесей с цеолитом показало, что технология переработки и вулканизации исходных и опытных образцов практически не отличаются. Вулканизация брекерных и каркасных образцов проведена при температуре 155⁰С в течение 15 мин, а протекторных образцов при температуре 155⁰С в течение 25 мин.

Цеолит перед смешением предварительно обрабатывали и загружали на ІІ стадии смешения. Для определения технологических и физико-механических свойств резиновых смесей и их вулканизатов применяли стандартные методы испытаний. Эффект использования цеолита оценивали путем сопоставления комплекса свойств эталонных и опытных резин (таблица 2 и рис.1.).

Таблица 2. Физико-механические свойства каркасных резин

Показатели	Эталон	1	2	3	4	5
Напряжение при удлинении 300% МПа	6,0	5,8	7,2	6,4	6,8	7,0
Прочность при разрыве, МПа	17,2	17,4	18,3	17,4	18,1	18,5
Относительное удлинение, %	580	610	660	590	610	650
Относительное остаточное удлинение, %	16	14	16	8	10	10
Прочность связи по Н-методу, н	148	149	159	148	159	170

Как видно из таблицы 2 при замене технического углерода марки П-234 цеолитом и увеличении его количества повышается прочность связи резины с текстильным кордом, возрастает напряжение при удлинении 300% и прочность при разрыве. При введении цеолита (от 10 до 30 масс.ч. каучука) вместо технического углерода П-514 оптимальным количеством является 30 масс.ч., при котором все прочностные характеристики достигают максимальных значений.

Результаты исследований протекторных резин с использованием цеолитов приведены на рис.1.

1. Напряжение при удлинении 300%, МПа ()

2. Прочность при разрыве, МПа ()

3. Истираемость, м³/тДж ()

Рис.1. Физико-механические свойства протекторных резин

Как видно из рисунка 1 при замене технического углерода цеолитом и увеличении его количества от 5 до 20 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука происходит снижение истираемости от 113 до 80 м³/тДж, следовательно повышается износостойкость. Прочность при разрыве напряжении при удлинении 300% достигает максимальных значений при содержании цеолита 15 масс.ч.

Результаты испытаний вулканизатов свидетельствуют о возможности частичной замены цеолитом технического углерода. Увеличивается прочность связи резины с текстильным кордом в каркасных образцах, снижается истираемость в протекторных вулканизатах, повышается и другие прочностные свойства испытываемых резин. Очевидно, это связано с формированием более совершенной надмолекулярной структуры эластомеров. Повышение прочностных свойств резин является результатом усиления межфазного взаимодействия каучук-наполнитель, увеличения степени диспергирования наполнителя в каучуке.

Таким образом, частичная замена цеолитом технического углерода показала повышение прочностных и адгезионных свойств каркасных резин. Применение цеолита в протекторных резинах показало не только повышение прочностных свойств, но и увеличение износостойкости протектора. В целом применение цеолита в шинных резинах позволит увеличить срок службы шин и снизить их себестоимость.

Литература:

1. Блох Г.А., Рапчинская С.Е. Цеолиты в резиновой промышленности. –М.: М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1970. -124 с.

2. Рапчинская С.Е. и др. Модификация и структурирование резин природными цеолитами // Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. –Тбилиси, 1977. –С. 227-333.

3. Технологический регламент №429 Ш-86 производства легковых шин 165/80 R 13, 205/70 R14, ПО «INCOMTYRE», 1988.