RU2477294C2 - Полимерная композиция - Google Patents
Полимерная композиция Download PDFInfo
- Publication number
- RU2477294C2 RU2477294C2 RU2011117951/05A RU2011117951A RU2477294C2 RU 2477294 C2 RU2477294 C2 RU 2477294C2 RU 2011117951/05 A RU2011117951/05 A RU 2011117951/05A RU 2011117951 A RU2011117951 A RU 2011117951A RU 2477294 C2 RU2477294 C2 RU 2477294C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- weight
- parts
- aluminum oxide
- skd
- polymer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к композиционным полимерным материалам на основе бутадиенового эластомера с высокой технологичностью переработки. Полимерная композиция на основе бутадиенового каучука и полиэтилена высокого давления содержит серу, сантекюр, оксид цинка, стеарин и оксид алюминия. Технический результат изобретения заключается в повышении эксплуатационных параметров при введении нанодобавок оксида алюминия в исходные полимерные композиционные материалы, а именно прочности и деформации при растяжении, модуля упругости. 7 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к композиционным полимерным материалам на основе синтетического бутадиенового эластомера с высокой технологичностью переработки, который может найти применение при получении композитов с повышенной прочностью при растяжении, сопротивлением раздиру, хорошими динамическими показателями и сопротивлением тепловому старению.
Известна резиновая смесь по патенту №2096429 на основе бутадиен-нитрильного каучука, включающая серу, каптакс, оксид цинка и технический углерод, содержит в качестве модификатора 2-стирилбензимидазол при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: бутадиен-нитрильный каучук СКД-35 - 100; сера 1,4-1,6; каптакс 0,7-0;9; оксид цинка 2,2-2,4; 2-стирилбензимидазол 0,2-2,7.
Известна резиновая смесь по патенту №2096430, включающая бутадиен-нитрильный каучук, серу, каптакс, оксид цинка и технический углерод, дополнительно содержит в качестве модификатора производное бензимидазола при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: бутадиен-нитрильный каучук 100; сера 1,4-1,6; каптакс 0,7-0,9; оксид цинка 4,6-5,2; технический углерод 40-70; производное бензимидазола 0,85-4,25.
Известна резиновая смесь по патенту №2086581 на основе бутадиен-нитрильного каучука, включающая мас.ч.: бутадиен-нитрильный каучук 100, сера 1,4-1,6 каптакс 0,7-0,9, оксид цинка 4,6-5,2, технический углерод 40-70, 2,2-бис(винил)бензимидазол 0,58-2,88 для получения вулканизатов с повышенной прочностью при растяжении, сопротивлением раздиру, хорошими динамическими показателями и сопротивлением тепловому старению.
Недостатками указанных смесей является недостаточная прочность и низкие модули упругости, а также применение дорогостоящего наполнителя.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является резиновая смесь по патенту №2086582 на основе бутадиен-нитрильного каучука, которая содержит, мас.ч.: бутадиен-нитрильный каучук 100, сера 1,4-1,6, каптакс 0,7-0,9, оксид цинка 4,6-5,2, технический углерод 40-70, бензимидазольное производное абиетиновой кислоты 1,8-5,4.
Недостатками указанной смеси является недостаточная прочность и низкие модули упругости, а также применение дорогостоящего наполнителя.
Задачей изобретения является повышение эксплуатационных параметров: прочности, динамических механических характеристик, долговечности путем модификации смесей на основе эластомеров наночастицами оксида алюминия.
Поставленная задача решается модификацией полимерной композиции на основе бутадиенового каучука (СКД-35) и полиэтилена высокого давления (ПЭ) наночастицами оксида алюминия от 0,1-5,37 мас.ч. Полимерная композиция на основе бутадиенового каучука и полиэтилена высокого давления содержит серу, сантекюр, оксид цинка, стеарин и оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: СКД-35 - 80; ПЭ - 20; сера - 1,6; сантекюр - 0,72; оксид цинка - 2,4; стеарин - 0,8; оксид алюминия - 0,1-5,37.
В основу полимерной композиции входят широко используемые в промышленности бутадиеновый каучук (СКД-35) и полиэтилен (ПЭ), наполненные наноразмерными частицами оксида алюминия с удельной адсорбционной поверхностью 100 м2/г, средним размером частиц 20-30 нм.
Для определения содержания наночастиц оксида алюминия нами выведена формула:
с=0,1еn, где n=0, 1, 2, 3, 4, е=2,7
Таким образом, содержание оксида алюминия в смеси СКД-35+ПЭ составляло: в 1 системе - 0,1 мас.ч.; во второй - 0,271 мас.ч.; в третьей - 0,73 мас.ч.; в четвертой - 1,99 маc.ч; в пятой - 5,37 мас.ч. Такой экспоненциальный подход позволяет более плотно контролировать область малых добавок, что исключается при линейном распределении наполнителей при малых добавках.
Смешение полимеров с наполнителями осуществляли на лабораторных вальцах в расплаве полимеров при 393±5 К, время смешения 10 мин. Объекты исследования готовили прессованием на вулканизационном прессе при 423°±5 К и выдержке под давлением 100 атм в течение 10 мин.
Распределение частиц оксида алюминия изучали с помощью оптического микроскопа LATIMET в проходящем свете на тонких выпрессовках с толщиной 6-8 мкм. Степень увеличения устанавливали масштабированием по снимкам микрометрической линейки, полученным при тех же условиях, что и снимки смесей полимеров. Состояние поверхности объектов исследования было изучено сканирующим зондовым микроскопом Nanoeducator NT-MDT.
Прочность и деформацию при растяжении, модуль упругости определяли при 293К на разрывной машине РМ-122 при скорости растяжения 100 мм/мин. Диэлектрические характеристики изучались резонансным методом, суть которого заключается в измерении добротности измерительного контура и емкости включенного в этот контур конденсатора с исследуемым образцом при резонансе с параллельным контуром, содержащим конденсатор известной емкости. Измерения велись при частоте 50 кГц. Погрешность измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь составили 5% и 3% соответственно. Поверхностное натяжение измерялось методом «большой капли».
Обнаружено, что добавки до 2 мас.ч. оксида алюминия в смесь СКД-35+ПЭ существенно изменяют их эксплуатационные характеристики.
Исследование прочностных характеристик композиции СКД-35+ПЭ показало, что добавление наноразмерного наполнителя оксида алюминия до 2 мас.ч. повышает прочность при разрыве и относительном удлинении от 50% до 150%.
1. При малых добавках частиц в смеси на концентрационные зависимости прочности поверхностного натяжения и диэлектрических характеристик проявляется максимум.
2. В этой области увеличивается деформируемость материала.
3. Образуется коагуляционная структура из наночастиц.
4. Коагулянты, заполняя микродефекты, способствуют увеличению прочности и других макроскопических параметров. Широкое использование материалов, конструкций на основе смесей полимеров в различных отраслях промышленности поставило задачу модификации их структуры для улучшения эксплуатационных характеристик. Практика показала, что применение различных наполнителей, пластификаторов, а также третьего полимерного составляющего способствует изменению их физико-химических параметров. Как правило, в этих случаях морфология такой сложной системы остается неисследованной и свойства изучаются при комнатной температуре. Вместе с тем известно [1], что в смесях двух полимеров имеются сложные структурные образования, определяемые особенностями структуры исходных компонентов и переходного (диффузионного) слоя. И возникает вопрос: как влияет на морфологию смесей полимеров третий компонент, как отражаются эти особенности на их эксплуатационные характеристики и как ведут себя такие системы в широком интервале температур и частот воздействия периодической силы.
В связи с этим представляет интерес изучение влияния концентрации наночастиц оксида алюминия (при малых добавках) на морфологию и макроскопические характеристики смесей полимеров. В качестве объектов исследования были взяты модельные смеси на основе СКД-35+ПЭ. Концентрация жесткоцепных полимеров в смеси составляла 20 мас.ч. а концентрация наночастиц с определялась по степенному закону с=0,1·еn, где n=0, 1, 2, 3, 4 (т.е. от 0,1 мас.ч. до 5,37 мас.ч.).
Оптическим методом в проходящем поляризованном свете изучалась структура наполненных смесей полимеров. Установлено, что в зависимости от концентрации частиц величина структурных образований (гетерогенность) меняется.
Особенности поверхности и морфология наполненных наночастицами смесей полимеров отражаются на их макроскопических характеристиках (таблица 1).
Таблица 1. | ||||||
Зависимость модуля Юнга композиции СКД-35+ПЭ (80 мас.ч.+20 мас.ч.) от концентрации оксида алюминия. | ||||||
Содержание наночастиц оксида алюминия (мас.ч.) | чистый | 0,1 | 0,271 | 0,73 | 1,99 | 5,37 |
Е н/м2 | 125 | 560 | 107,5 | 565,5 | 718,5 | 518 |
Из таблицы 1 видно, что добавление в массу эластомера СКД-35+ПЭ существенно повышает значение модуля упругости. Модификация данного композита небольшим количеством наноразмерных частиц (0,1 мас.ч.) в 4 раза повышает значение модуля упругости, соответственно, небольшие добавки оксида алюминия существенно меняют значения модуля упругости (таблица 1).
На фиг.1 даны микрофотографии структуры смеси СКД-35+ПЭ при соотношении компонентов 80 мас.ч.+20 мас.ч. по массе с содержанием оксида алюминия: а) 0 мас.ч.; б) 0,1 мас.ч.; в) 0,271 мас.ч.; г) 0,73 мас.ч.; д) 1,99 мас.ч.; е) 5,37 мас.ч. при увеличении в 500 раз.
Исследование состояния поверхности смеси СКД-35+ПЭ при соотношении компонентов 80 мас.ч.+20 мас.ч., модифицированной наночастицами оксида алюминия показало, что малое изменение концентрации частиц оксида алюминия существенно влияет на состояние поверхности смеси.
На фиг.2 представлены данные АСМ для поверхности смеси полимеров СКД-35+ПЭ при соотношении компонентов:
а) 80-мас.ч.+20 мас.ч.+0 мас.ч. оксида алюминия по массе, часть данной поверхности размером 30×30 мкм: видны частицы размерами 2,2×2 мкм и высотой 0,4-0,8 мкм.
б) 80 мас.ч.+20 мас.ч.+0,1 мас.ч. оксида алюминия по массе, часть данной поверхности размером 30×30 мкм: видны частицы размерами 2,3×2,2 мкм и высотой 0,2-0,4 мкм.
в) 80 мас.ч.+20 мас.ч.+0,271 мас.ч. оксида алюминия по массе, часть данной поверхности размером 30×30 мкм: видны частицы размерами 2,3×2,2 мкм и высотой 0,2-0,4 мкм.
г) 80 мас.ч.+20 мас.ч.+0,73 мас.ч. оксида алюминия по массе, часть данной поверхности размером 30×30 мкм: виден крупный пик размерами 5,8×17,1 мкм, высотой 2 мкм и маленькие бугорки высотой 0,1-0,3 мкм, размером 1,3-2,5 мкм.
д) 80 мас.ч.+20 мас.ч.+1,99 мас.ч. оксида алюминия по массе, часть данной поверхности размером 30×30 мкм: видны крупные частицы размерами 12×24 мкм, высотой 2-2,3 мкм.
е) 80 мас.ч.+20 мас.ч.+5,37 мас.ч. оксида алюминия по массе, часть данной поверхности размером 30×30 мкм: видны частицы размерами 16×21 мкм и высотой 2-4 мкм.
Аналогичную картину имеем и для других систем.
На фиг.3 изображена зависимость разрывного напряжения σр от концентрации оксида алюминия для СКД-35 (100 мас.ч.).
На фиг.4 - зависимость σр СКД-35 (80 мас.ч.)+ПЭ (20 мас.ч.) от концентрации наноразмерных частиц оксида алюминия.
Сравнение зависимости σp от концентрации наночастиц сажи на фиг.3 и 4 свидетельствует о том, что модификация эластомера жесткоцепным полимером с наночастицами оксида алюминия существенно повышает не только значения модуля упругости, но и значения разрывного напряжения при растяжении.
На фиг.5 изображена зависимость поверхностного натяжения (σ) СКД-35 от концентрации оксида алюминия.
На фиг.6 - зависимость поверхностного натяжения СКД-35 (80)+ПЭ(20) от концентрации оксида алюминия: σтж - твердое тело-жидкость; -σтп - твердое тело-газ,
На фиг.7(а, б) - зависимости тангенса угла диэлектрических потерь смеси полимеров и относительной диэлектрической проницаемости СКД-35(80 мас.ч.)+ПЭ(20 мас.ч.) от концентрации наноразмерных частиц оксида алюминия.
На концентрационных зависимостях прочности (фиг.4), поверхностного натяжения (фиг.5, 6) и диэлектрических параметров (фиг.7) наблюдаются экстремумы в области концентрации наночастиц 0,1-1 мас.ч.
При малых концентрациях наночастиц и определенных особенностях их поверхности термодинамически выгодно образование коагуляционной структуры. Они, структурируя полимерную матрицу вокруг себя, оказывают влияние на физико-химические свойства смесей полимеров. Разработанная схематическая модель наполненной смеси полимеров позволила объяснить полученные экспериментальные результаты.
Технический результат изобретения заключается в повышении эксплуатационных параметров при введении нанодобавок оксида алюминия в исходные полимерные композиционные материалы, а именно прочности и деформации при растяжении, модуля упругости,
Композиты на основе СКД и ПЭ находят широкое применение в производстве кабельной продукции, в обувной промышленности. При этом важными физическими параметрами, характеризующими эти изделия, являются такие величины, как прочность, работа адгезии, диэлектрическая проницаемость, модуль упругости, механические и диэлектрические потери.
Литература
1. Кулезнев В.Н. Смеси полимеров. - М.: Химия, 1980. 304 с.
2. Догадкин Б.А., Лукомская А.И. В кн.: Труды III конференции по коллоидной химии. - М., Изд-во АН СССР, 1956, с.363-370.
3. Липатов Ю.С.Физическая химия наполненных полимеров. - М.: Химия, 1977.304 с.
4. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Физика и механика полимеров. - М.:
Высшая школа. 1983. 391 с.
5. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур. - М.: Наука, 1966. С.3-16.
6. Толстая С.Н. и др., ДАН СССР, 1968. т.178, с.148-152.
Claims (1)
- Полимерная композиция на основе бутадиенового каучука, включающая серу, оксид цинка, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полиэтилен высокого давления, сантекюр, стеарин и оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
бутадиеновый каучук (СКД-35) 80 полиэтилен 20 оксид цинка 2,4 сера 1,6 сантекюр 0,72 стеарин 0,8 оксид алюминия 0,1-5,37
причем модификацию полимерной композиции проводят наночастицами оксида алюминия со средним размером частиц 20-30 нм по следующей формуле:
с=0,1еn,
где n=0, 1, 2, 3, 4, е=2,7.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011117951/05A RU2477294C2 (ru) | 2011-05-04 | 2011-05-04 | Полимерная композиция |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011117951/05A RU2477294C2 (ru) | 2011-05-04 | 2011-05-04 | Полимерная композиция |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011117951A RU2011117951A (ru) | 2012-11-10 |
RU2477294C2 true RU2477294C2 (ru) | 2013-03-10 |
Family
ID=47322040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011117951/05A RU2477294C2 (ru) | 2011-05-04 | 2011-05-04 | Полимерная композиция |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2477294C2 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1509367A1 (ru) * | 1986-11-24 | 1989-09-23 | Предприятие П/Я А-3483 | Резинова смесь на основе непол рного каучука |
US5303661A (en) * | 1993-06-04 | 1994-04-19 | Yu Chun An | Dry process for speedy and continuous recycling discarded rubber |
RU2086581C1 (ru) * | 1994-10-12 | 1997-08-10 | Волгоградский государственный технический университет | Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука |
RU2086582C1 (ru) * | 1994-10-12 | 1997-08-10 | Волгоградский государственный технический университет | Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука |
RU2096429C1 (ru) * | 1994-10-12 | 1997-11-20 | Волгоградский государственный технический университет | Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука |
RU2122552C1 (ru) * | 1995-12-14 | 1998-11-27 | Марк Нохимович Злотников | Резиновая смесь на основе карбоцепного каучука |
RU2277108C1 (ru) * | 2004-12-24 | 2006-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Поликров" | Резиновая смесь для получения гидроизоляционных материалов (варианты) |
-
2011
- 2011-05-04 RU RU2011117951/05A patent/RU2477294C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1509367A1 (ru) * | 1986-11-24 | 1989-09-23 | Предприятие П/Я А-3483 | Резинова смесь на основе непол рного каучука |
US5303661A (en) * | 1993-06-04 | 1994-04-19 | Yu Chun An | Dry process for speedy and continuous recycling discarded rubber |
RU2086581C1 (ru) * | 1994-10-12 | 1997-08-10 | Волгоградский государственный технический университет | Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука |
RU2086582C1 (ru) * | 1994-10-12 | 1997-08-10 | Волгоградский государственный технический университет | Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука |
RU2096429C1 (ru) * | 1994-10-12 | 1997-11-20 | Волгоградский государственный технический университет | Резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука |
RU2122552C1 (ru) * | 1995-12-14 | 1998-11-27 | Марк Нохимович Злотников | Резиновая смесь на основе карбоцепного каучука |
RU2277108C1 (ru) * | 2004-12-24 | 2006-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Поликров" | Резиновая смесь для получения гидроизоляционных материалов (варианты) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011117951A (ru) | 2012-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20180354785A1 (en) | Graphene polymer composite | |
Das et al. | Coupling activity of ionic liquids between diene elastomers and multi-walled carbon nanotubes | |
Qu et al. | Contribution of silica–rubber interactions on the viscoelastic behaviors of modified solution polymerized styrene butadiene rubbers (MS-SBRs) filled with silica | |
Xue et al. | Fabrication of poly (acrylic acid)/boron nitride composite hydrogels with excellent mechanical properties and rapid self-healing through hierarchically physical interactions | |
Li et al. | Poly (acrylamide) films at the solvent-induced glass transition: adhesion, tribology, and the influence of crosslinking | |
Szadkowski et al. | Use of carbon black as a reinforcing nano-filler in conductivity-reversible elastomer composites | |
Du et al. | A facile approach to prepare strong poly (acrylic acid)/LAPONITE® ionic nanocomposite hydrogels at high clay concentrations | |
Nakaramontri et al. | Enhancement of electrical conductivity and filler dispersion of carbon nanotube filled natural rubber composites by latex mixing and in situ silanization | |
TWI790216B (zh) | 用於超級電容器的電紡膠原蛋白 - 石墨烯 - 聚合物複合奈米纖維 | |
Ortiz-Serna et al. | Dielectric spectroscopy of natural rubber-cellulose II nanocomposites | |
Chafidz et al. | Nanoindentation and dynamic mechanical properties of PP/clay nanocomposites | |
Sadej et al. | Photocurable acrylate-based composites with enhanced thermal conductivity containing boron and silicon nitrides | |
Han et al. | Effect of the ratio of graphene oxide (GO) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) on metal friction and wear during mixing | |
Krzemińska et al. | Effects of curing agents and modified graphene oxide on the properties of XNBR composites | |
Mujal-Rosas et al. | Study on dielectric, mechanical and thermal properties of polypropylene (PP) composites with ground tyre rubber (GTR) | |
RS et al. | Short melamine fiber filled nitrile rubber composites | |
Oboh et al. | Dynamic mechanical properties of crosslinked natural rubber composites reinforced with cellulosic nanoparticles | |
RU2477294C2 (ru) | Полимерная композиция | |
RU2476460C2 (ru) | Полимерная композиция | |
Huang et al. | Preparation and properties of cellulose nanocrystal-based ion-conductive hydrogels | |
RU2477297C2 (ru) | Полимерная композиция | |
RU2476458C2 (ru) | Полимерная композиция | |
RU2476459C2 (ru) | Резиновая смесь | |
Laske et al. | Determining the ageing of polypropylene nanocomposites using rheological measurements | |
Seltzer et al. | Effect of hygrothermal ageing on morphology and indentation modulus of injection moulded nylon 6/organoclay nanocomposites |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140505 |