Особенности влияния структурной организации смесевых ТЭП на комплекс механических и реологических свойств

Пересторонина З.А., Баранец И.В., Петрова Г.П., Румянцева А.В., Шаланова М.М.,

Курлянд С.К.

ФГУП «НИИСК» им. академика С.В. Лебедева, Россия, Санкт-Петербург

Получение смесевых термоэластопластов является весьма успешным примером применения новой технологии смешения над традиционным приемом получения химических блок-сополимеров со свойствами ТЭП. Преимуществами процесса разработки новых материалов является, главным образом, отсутствие крупных капиталовложений для получения широкого спектра материалов по свойствам, не уступающим, а в ряде случаев превосходящих материалы, основанные на химическом синтезе.

Однако получение ТЭП с улучшенным комплексом свойств требует тщательной проработки всех стадий технологического процесса смешения и динамической вулканизации. Данная работа посвящена разработке технологических стадий процесса получения ТЭП, приводящих к реализации такой структурной организации композиционного материала, которая обеспечит проявление высокоэластических свойств: высокие относительные удлинения при малых, ниже 50% остаточных удлинениях.

В качестве модели для создания смесевого ТЭП использовались простые бинарные композиции на основе нитрильного каучука со статическим распределением нитрильных звеньев СКН-18 и серийный изотактический полипропилен (ПП марки 21030-16Н). Целью работы является исследование влияния технологических и рецептурных факторов на трансформацию морфологических структур композиций, определяющих его деформационно-прочностных свойств и реологические свойства.

Проведено исследование процесса диспергирования полярного каучука в пластик на бинарных системах в зависимости от параметров смешения и соотношения каучук/пластик. Используя принцип высокотемпературного смешения, были получены бинарные композиции СКН-18 с ПП в широком интервале концентраций, с содержанием каучука (СКН-18) 30, 40, 50, 60, и 70м.ч. Показано, что механические свойства сильно изменяются от структурной организации композициями, причем критическими концентрациями являются области до 40% содержания СКН-18, где свойства определяются матрицей ПП. Область от 40 до 70% содержания СКН-18 характеризуется обращением фаз с возможным образованием двух взаимопроникающих сеток, образованные структурой пластика и каучука. Область концентраций больше 70%, где свойства определяются матрицей каучука, характеризуется высокими относительными удлинениями и низкой прочностью. Наибольший научный и практический интерес представляет область возникновения взаимопроникающих сеток, характеризующейся оптимальным уровнем механических и реологических свойств. Трудность сочетания различных рецептурных и технологических факторов заключается в том, что приходится находить определенный компромисс между эластическими свойствами ТЭП и их текучестью, т.к. разные элементы взаимопроникающей сетки по-разному отвечают за проявление этих свойств. Совокупность технологических параметров воздействия на свойства ТЭП сопровождалась детальным исследованием структуры с использованием комплекса современных физических методов.

Установлено, что в области существования двух взаимопроникающих сеток свойства могут быть существенно улучшены путем подбора технологических условий смешения, включающие в себя скорость, время смешения и температуру.

Показано, что оптимизация по уровню механических и реологических свойств обеспечивается на бинарных смесях на основе полярного каучука и пластика (ПП) при критическом соотношении каучук/пластик 60/40. Что касается морфологической структуры, то оптимальный уровень этой структуры (размеры дискретной фазы каучука и пластика) достигается при времени смешения 15-20 минут, скорости смешения 60об/мин и температуре смешения 185^оС.

В связи с принципиальным требованием по отнесению композиционного материала к классу эластомеров по стандартам ASTM D 1566 и ASTM D 42 на основании критических значений относительного удлинения (e_раст³100%) и остаточного удлинения (e_ост£50%) показано, что эти свойства могут быть достигнуты даже без применения динамической вулканизации путем создания однородной морфологической структуры.

Полученные закономерности на бинарных смесях применены на сложных системах при получении смесевых ТЭП с использованием компатибилизаторов разной химической природы. Примененные компатибилизаторы классифицировались по параметру растворимости и были объединены в три группы: по близости параметров растворимости к пластику, к каучуку и к обоим компонентам вместе. На указанных системах установлены особенности морфологических структур на границах раздела каучук – компатибилизатор - пластик. Наиболее сильное влияние на механические свойства оказывают компатибилизаторы имеющие параметр растворимости, приближающийся к параметру растворимости каучука. Повышение адгезионного взаимодействия наблюдалось на компатибилизаторах имеющих параметр растворимости близкий к параметру растворимости полипропилена.

Таким образом, показана определяющая роль морфологии как фактора откликающегося на рецептурные и технологические формы воздействия на композиционный полимерный материал в процессе его получения для придания ему требуемых функциональных свойств. Даже при фиксированном выборе природы каучук/пластик функциональные свойства КПМ могут быть существенно изменены выбором третьего компонента, играющего роль компатибилизатора и адгезионной добавки.