Разработка композиционных эластомерных материалов на основе местных сырьевых ресурсов и технология их получения

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире ассортимент изделий из органического материала постоянно расширяется и в настоящее время превышает 80 тыс. наименований. Около половины объёма производства резиновой промышленности составляют автомобильные шины, более трети - резиновые технические изделия, номенклатура которых особенно многообразна. Около одной десятой объёма производства резиновой промышленности составляют резиновая обувь производства и другие изделия народного потребления (медицинские изделия, игрушки, спортивные принадлежности), так же транспортерные ленты, приводные ремни, рукава, прорезиненные технические ткани и изделия из них. Основным потребителем резиновых изделий является современный транспорт - автомобильный, воздушный, железнодорожный. Так, в современном автомобиле насчитывается около 600 деталей из резины общей массой 120 кг1. После приобретения независимости в нашей стране созданы широкомасштабные планы мероприятий по результатам определения физико-химических свойств местных минеральных ресурсов, создание методов их переработки и по разработке состава, технологии получения композиционных органических материалов с их применением и резино-технических изделий, шин конкурентноспособных изделий работающих в различных условиях на их основе и достигнуты определённые результаты. В мире осуществляется ряд исследований по созданию каучуку и ингредиентов, состав композиции и технология получения резина-технических изделии на их основе: разработка новых органических и неорганических наполнителей с наночастицами; технологии модификации минеральных наполнителей с органическими олигомерами; синтеза органических ускорителей; рецептуры композиционных эластомерных материалов различного назначения со специфическими свойствами; диспергаторы и пластификаторы для улучшение технологических свойств композиционных эластомерных материалов; рецептуры и составляющих наноматериалов на основе эластомерных композиции и технология получения изделии на их основе является одним из важных проблем отрасли. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, утверждённой постановлениями Президента Республики Узбекистан № ПП-1071 от 11 марта 2009 года «О мерах по организация производства конвейерных лент, сельскохозяйственных и автомобильных шин на территории СИЗ Ангрен» и № ПП-1072 от 12 марта 2009 года «О программе мер по реализации важнейших проектов по модернизации, техническому и технологическому перевооружению производства на 2009-2014 годы», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Цель исследования является разработка технологии модификации бентонита Узбекистана и получение резино-технические изделий различного назначения на его основе. Научная новизна исследования заключается в следующем: предложены научно-обоснованные пути модификации бентонита Узбекистана, целенаправленное использование которых позволило разработать технологию получения эластомерных композиционных материалов и изделий с заданной структурой и свойствами; определены структурные изменения бентонита Узбекистана при термообработки, приводящие к увеличению концентрации свободных радикалов; обнаружена взаимосвязь между структурными характеристиками, природы поверхности термообработанного, химически модификацирован-ного бентонита и макромолекул каучука; определена роль аппретирующегося слоя на поверхности частиц бентонита в процессе смешения композиции и формировании вулканизационных структур, которые позволили разработать резино-технические изделия со специфическими свойствами; определено влияние модифицированного бентонита на пласто-эластические, реологические, технологические и технические свойства композиционных эластомерных материалов; разработана технология модификации бентонита Узбекистана и получения резино-технических изделий различного назначения на их основе. выводы 1. Предложены научно-технологические принципы создания высокоэффективных эластомерных композиционных материалов с использованием структурно-химических модифицированного бентонита Узбекистана. Полученные научные результаты, технологические разработки явились основой создания эластомерных композиционных материалов с заданной структурой и свойствами, физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. 2. Предложена технология структурно-химической модификации бентонита, пригодных в качестве наполнителя для производства композиционных эластомерных материалов. Показано, что термообработка бентонита при 673К приводит к структурным изменениям, в частности увеличению масло-емкости и удельной геометрической поверхности, обусловленное протеканием теплофизических процессов. При этом также был обнаружен рост концентрации свободных радикалов, приводящих к образованию парамагнитных центров, которые явились основой для оценки ряда свойств системы эластомер-наполнитель. 3. Предложен модифицированный бентонит (модифицированный олигомерами низкомолекулярного полиэтилена и полученного из изношенных резиновых изделий пиролизом), для эластомерных композиций и охарактеризованы ее физико-химические свойства. Выяснено, влияние его на процесс структурообразования резин. Отмечена существенная роль промежуточного аппретного слоя, состоящего из системы сопряженных связей, при формировании структуры эластомерных композиционных материалов высокой термо-и радиационной стойкостью. 4. Выявлены особенности взаимодействия макромолекул каучуков различной природы с модифицированным бентонитом. Установлена взаимосвязь между структурно-адсорбционной активностью наполнителей с технологическими и физико-механическими свойствами полученных эластомерных композиций. 5. Исследованы особенности процесса смешения эластомеров с разработанными наполнителями на основе бентонита (исходного термообработанного, модифицированного бентонита) и их комбинации с другими ингредиентами установлено, что в случае моделирования смешения критерием степени завершенности процесса диспергирования наполнителя является величина разности температур (начало и конец смешения), определенных в двух характеристических точках в зависимости от крутящего момента. 6. Изучены технологические и реологические свойства наполненных эластомерных композиций исходных, термообработанных и модифицированных бентонитом, при этом показано их оптимальное содержании в резиновых смесях. 7. Изучено влияние модифицированного бентонита на кинетику вулканизации резиновых смесей на основе каучуков различной природы. При этом был выяснен возможный механизм образования вулканизационной сетки. Показано, что благодаря многофункциональному характеру модификаторов возможность сочетания содержание вулканизующих агентов, что позволяет упростить технологическую стадию приготовления резиновых смесей. 8. Рассмотрены упруго-прочностные свойства наполненных вулканизатов и показано, что исходный и термообработанный бентонит проявляют эффективное действие в некристаллизующемся каучуке на уровне полуусиливающих типов наполнителей, а модифицированный бентонит усиливающей синтетический минеральный наполнители БС-50 и БС-75. Обнаружено ингибирующее действие модифицированного бентонита при высокотемпературной окислительной деструкции эластомеров. Показана, возможность направленного регулирования технологических и технических свойств эластомерных композиций за счет изменения степени наполнения и соотношения ингредиентов. 9. Разработаны рецептуры композиционных эластомерных материалов и технологии их получения с использованием предложенных нами наполнители на основе бентонита. Их эффективность подтверждалась в производстве различных видов резино-технических изделий. Результаты научных и технологических разработок апробированы ивнедрены на предприятиях АО «Узкимёсаноат», суммарным экономическим эффектом составляет более 500 млн. сум в год.