Особенности производства резины для морозостойких рукавов

Техника, эксплуатируемая в зимних условиях, подвергается воздействию отрицательных температур. Основные компоненты гидравлической системы должны быть защищены или подготовлены к эксплуатации при низких температурах. Особое внимание необходимо уделить рукавам высокого давления и уплотнениям в гидравлической системе. Мы предлагаем вам рассмотреть особенности производства морозостойкой резины при подготовке смесей для рукавов высокого давления.

Резиновые изделия эксплуатируются в самых разнообразных температурных условиях — от высоких температур до низких. При низкой температуре, (ниже 30°) все известные каучуки как натуральные, так и синтетические, а также их вулканизаты теряют эластичность и становятся твердыми.

Натуральные каучуки и бутил-каучук при охлаждении переходят в кристаллическое состояние, что легко обнаружить методами рентгеновского анализа. Некоторые синтетические каучуки, в том числе натрий-бутадиеновый и бутадиен-стирольный, не обнаруживают кристаллической структуры и обычно при охлаждении переходят в твердое аморфное стеклообразное состояние.

Исследования, проведенные отдельными авторами, показали, что натуральный каучук при охлаждении может существовать в нескольких формах, образование которых зависит от температуры и времени охлаждения.

Прозрачные листы стандартного смокед-шитса при замораживании мутнеют, но при оттаивании каучук приобретает первоначальный вид. Замороженные каучуки весьма долго могут храниться, не подвергаясь старению.

Вулканизованный каучук кристаллизуется при значительно более низкой температуре, чем невулканизованный. Вулканизаты натурального каучука по некоторым данным замерзают в интервале температур от -37 до -61,5°C.

Вулканизаты натрий-бутадиенового каучука сохраняют эластичность до -30°C и ниже в зависимости от пластичности исходного каучука, состава смеси и условий охлаждения. Кристаллическая структура натурального каучука исчезает при его набухании в сильных диспергаторах-пластификаторах. Точно так же можно задержать стеклование синтетических каучуков. Кристаллизацию натуральных каучуков можно задержать добавлением каучуков, которые не кристаллизуются, а переходят в стеклообразное состояние. Эти наблюдения используют в технологии для создания морозостойких резин. Для этой цели применяются специальные пластификаторы — антифризы, обычно имеющие низкую температуру замерзания; при их применении резко понижается температура замерзания каучуков и вулканизатов. В смесь вводят обычно весьма значительное количество пластификатора (20—30%, считая на каучук), что отрицательно влияет на рабочие свойства сырых смесей: они получаются липкими, недостаточно прочными, плохо каландруются. Вулканизаты таких смесей имеют сильно пониженные механические показатели (особенно сопротивление надрыву) и легко разрушаются при многократных деформациях.

Применение большего количества пластификаторов опасно, если изделие должно работать и при низких и при повышенных температурах. Поэтому наиболее правильный путь получения морозостойких резин — это выбор для смеси наиболее морозостойкого каучука; пластификаторы следует использовать только при отсутствии таких каучуков. Именно поэтому, технология изготовления резины для морозостойких рукавов учитывает возможные последствия неправильного использования пластификаторов.

Пластификаторы, повышающие морозостойкость каучуков, относятся к разным классам органических веществ; по литературным данным такими веществами являются бутилрицинолеат, дибутиловые эфиры этиленгликоля и дитиогликолевой кислоты, трибутилфосфат, смесь эфиров себациновой и рициловой кислот, некоторые сорта вазелинового масла, диметил-, диэгил-, дибутил-, и диизоамилфталаты и многие другие; иногда пользуются смесями пластификаторов.

За последние годы было проведено много исследований для создания морозостойких резин. Из полученных данных можно сделать следующие выводы. Время замерзания вулканизатов в значительной степени зависит от вулканизующей группы. Так, при вулканизации элементарной серой с ускорителями время замерзания вулканизата примерно в четыре раза меньше, чем при вулканизации тиурамом или полисульфидами. При перевулканизации в технически допустимых пределах морозостойкость образцов повышается. Морозостойкость повышается при добавлении вместе с серой селена. Морозостойкость вулканизатов может быть повышена правильным подбором соотношения серы и ускорителя. В некоторых случаях добавлением синтетических каучуков к натуральному каучуку можно значительно замедлить его кристаллизацию. Наполнение резин снижает морозостойкость вулканизатов; исключением является неопрен.

Методы определения морозостойкости резин.

При охлаждении резины возрастают прочность при разрыве, жесткость и твердость, и снижается относительное удлинение. Определение коэффициента морозостойкости (по ГОСТ 408—41). Морозостойкость характеризуется отношением удлинения при температуре замораживания к удлинению при нормальной температуре под одной и той же нагрузкой и выражается коэффициентом морозостойкости Кз, вычисляемым по формуле, где / — удлинение рабочей части образца под действием нагрузки при нормальной температуре, мм; h — удлинение рабочей части охлажденного образца при той же нагрузке, мм. Коэффициент морозостойкости может меняться от 0 до 1. Методика испытания состоит в следующем. Полоски резины длиной 25 мм и шириной 6,5 мм при калибре 1 ± 0,2 мм растягивают под нагрузкой до 100% удлинения при +15, +18°С.

После отдыха образцы замораживают в дюаровском сосуде в смеси жидкой углекислоты и этилового спирта и вновь растягивают под той же нагрузкой. Этот метод может быть принят для резин только как условно сравнительный, поскольку он не дает точных показателей, отвечающих сложным условиям работы резинового изделия при эксплуатации. Испытание по методу Т-50. Этот метод служит для определения не только морозостойкости, но и оптимума вулканизации, так как установлено, что резины, вулканизованные до оптимума, обладают наибольшей морозостойкостью.

Образцы резины в виде полосок с расширенными концами растягивают на рамке до половины или двух третей удлинения при разрыве (меньшее растяжение дает непоказательные результаты). Сначала образцы, закрепленные в зажимах, выдерживают в течение 1 мин. при +20 ± 0,2°С и затем погружают в охлажденный до -60°С ацетон, где выдерживают до полного замораживания. После этого концы образцов с одной стороны освобождают и начинают нагревать их в сосуде Дюара; оттаивая, они приобретают упругие свойства и начинают сокращаться. Температура, соответствующая сокращению образца до 50%' от удлинения при замораживании, служит показателем Т-50. Для сырого натурального каучука этот показатель составляет около 18°.

Испытание на маятниковом копре.

Весьма показателен и прост замер эластичности замороженных резин на маятниковом копре. Определение хрупкости (метод НИИШП). Несколько образцов одной и той же резины охлаждают в течение определенного времени до различных температур; после этого образцы подвергают ударам молотка. При этом незамерзшая упругая резина изгибается (примерно под углом 90°), а замерзшая резина дает трещину в изгибе или ломается. Определение площади гистерезиса (метод НИИРП).

Коэффициент морозостойкости определяется как отношение площади гистерезиса после замораживания к площади гистерезиса до замораживания. Определяя коэффициент морозостойкости при различных температурах выше температуры полного замораживания, можно получить представление об изменении эластических свойств при замораживании. Определение деформации изгиба при размораживании.

По этому методу в одном опыте определяется весь процесс изменения эластических свойств при переходе от температуры размораживания (оттаивания) к более высоким температурам. Замороженный образец нагружают и определяют его изгиб при постоянной нагрузке по мере повышения температуры.

Определение деформации в вакууме.

Образцам придают форму диафрагмы и определяют вакуум (в мм рт. ст.), необходимый для деформации замороженной и незамороженной диафрагмы. По разнице в величине вакуума судят о морозостойкости материала. Недостатком метода является необходимость изготовления образцов специальной формы и к тому же весьма точных размеров; в противном случае результаты опытов сильно искажаются.

Динамические методы.

Все описанные методы относятся к испытаниям резин, находящихся в статическом состоянии. За последние годы сконструированы новые приборы, позволяющие исследовать эластичные материалы (в частности, каучук) динамическими методами в широком интервале температур (от+200°С до -180°С). Методика испытания при помощи этих приборов научно обоснована и приборы более совершенны, чем применявшиеся до сих пор.

Производители рукавов давно уже используют различные компонентные составы для улучшения свойств рукавов, предназначенных для использования в условиях низких температур. Большинство из этих составов держится в секрете, однако, ознакомившись с данной статьей, Вы можете понять, что все они основаны на стандартных подходах. Качество зависит лишь от типа используемых материалов. Одним из лучших компонентных составов обладает рукав, который мы производим в Италии под торговой маркой «GT-HYDRAULICS COLD », который может эксплуатироваться при температуре до - 55°С.Кроме рукавов высокого давления необходимо использовать особую пластиковую защиту. Специальные свойства этой защиты позволяют активно эксплуатировать технику при температурах ниже - 40°С. При этом, не происходит повреждения ее пластикового каркаса. Уникальность этой защиты подчеркивается ее внешним видом. Мы производим ее в красном цвете, что позволяет лучше видеть ее зимой для исключения возможных повреждений техники.