ШИНЫ. НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПРОИЗВОДСТВА

Бутадиеновые Каучуки

Хорошо известно, что стереорегулярный бутадиеновый ка­учук СКД имеет плохие технологические показатели. По этой причине в шинной промышленности нет ни одной рецептуры на основе только одного каучука СКД. С другой стороны кау­чук СКД придает резине на его основе самую высокую морозо­стойкость, повышенную эластичность по отскоку и сопротив­ляемость истиранию. Неслучайно, что в состав протекторных

Смесей каучук СКД вводят до 50 масс, частей из общих 100 масс, частей всех каучуков, несмотря на ухудшение технологичности резиновой смеси.

В бывшем СССР производилось более 15 типов бутадие­новых кучуков [12], которые отличались друг от друга микро - и макроструктурой, технологическими свойствами, типом стаби­лизатора, содержанием наполнителей (табл. 2.20).

В шинной промышленности применяется СКД II раствор­ной марки полимеризации, который производится на заводах СК городов Ефремова и Воронежа. Оба завода получают близ­кие по качеству каучуки (табл. 2.21).

Совершенно очевидно, что отечественные стереорегулярные бутадиеновые каучуки мало в чем уступают зарубежному анало­гу. Использование каучука СКД совместно с СКИ-3 в шинных смесях повышает износостойкость, морозостойкость, сопротив­ление росту трещин, усталостную выносливость, динамические свойства резин. Сотрудники НИИШПа [20] испытали примене­ние в боковине легковых шин "Р" Белоцерковского ПО шин кучу- ка СКД РЛ повышенной однородности вязкости по Муни (44±3). Полученные данные приведены в таблице 2.22.

Данные таблицы 2.22 убедительно доказывают перспек­тивность использования каучука СКД РЛ в шинной промыш­ленности. Во всех приведенных показателях их разброс вокруг среднестатистического значения постоянно меньше при при­менении более однородного кучука СКД РЛ, а сами показатели лучше. Особенно примечателен факт увеличения стендовой ходимости почти на 10%. Это показывает, что одним из очень значительных факторов улучшения качества шин является по­вышение однородности используемых каучуков. В последнее время синтезирован ряд статистических и блочных сополиме­ров на основе бутадиена и изопрена [21]. Основная цель полу­чения таких сополимеров заключалась в том, чтобы получить каучук, который имел бы положительные качества каучуков

^ Звездчатый полибутадиен разветвленный соединением кремния **) Звездчатый полибутадиен разветвленный четыреххлористым оловом После термомеханической пластикации не более 25 мин.

СКИ-3 и СКД и не обладал бы недостатками каждого из них. Как известно [22] катализаторы группы лантаноидов обеспе­чивают содержание цис-1,4-звеньев в каучуке 98-99%, а вырав­нивание скоростей полимеризации бутадиена и изопрена при­водит к статистическому распределению их звеньев в макромо­лекулах (каучуки СКД И).

На ОАО "Нижнекамскшина" впервые проведены широкие промышленные испытания этих каучуков в составе шинных резиновых смесей [23]. Основные характеристики СКДИ и се­рийного СКД приведены в таблице 2.23.

Среднеарифметическое значение;

**> Б - среднеквадратичное отклонение показателя.

Для сравнения свойств резиновых смесей и резин на ос­нове каучуков СКД и СКДИ были приготовлены резиновые сме­си по ГОСТ 19920 19-74 (рецепт А). Результаты проведенных испытаний представлены в таблице 2.24.

По данным таблицы 2.24 необходимо отметить, что несмот­ря на меньшую исходную вязкость по Муни каучука СКДИ стан­дартная резиновая смесь на его основе имеет меньшую плас­тичность и большую вязкость при 100 °С, чем смесь на основе СКД. В то же время для нее при 143 °С значения крутящих мо­ментов ниже, а сопротивление подвулканизации выше, что де­лает СКДИ более предпочтительным, чем СКД, даже при бо­лее низкой условной прочности вулканизатов. Резины на осно - ве. СКДИ характеризуются большим коэффициентом темпера - туростойкости, но несколько меньшим сопротивлением тепло­вому старению по сравнению с резиной на основе СКД.

Из-за высокой вязкости по Муни резиновых смесей каучук СКДИ может быть использован лишь в комбинации с другими каучуками для улучшения некоторых свойств резиновых сме - сий и резин. Поэтому производственные испытания этого кау­чука проводились на покровных резиновых смесях, приготов­ленных по режиму для серийных резиновых смесей и при сле­дующих соотношениях каучуков (таблица 2.25).

Расширенные физико-механические испытания резиновых смесей и резин представлены в таблице 2.26.

Из приведенных в таблице 2.26 данных видно, что при близ­ких значениях вязкости по Муни и крутящего момента для се­рийных и опытных смесей, последние характеризуются значи­тельно лучшим сопротивлением подвулканизации, что в соче-

Тании с практически одинаковым временем достижения опти­мума вулканизации делает их более технологичными. Однако при изготовлении полуфабрикатов предпочтительны смеси се­рийного состава, поскольку их усадка по всем трем направле­ниям меньше.

Замена СКД на СКДИ в рецептах на основе комбинации каучуков приводит к повышению сопротивления многократно­му изгибу и растяжению, температуростойкости и сопротивле-

Ния тепловому старению резин. Кроме того, у резин возрастает динамический модуль как при комнатной температуре, так и при 100°С, и уменьшается теплообразование при циклическом сжатии. В то же время анализ результатов испытаний в стати­ческом режиме не Позволяет сделать однозначного вывода о влиянии замены каучука СКД на СКДИ на атмосферостойкость резин.

Изучение прочности связи между протектором и брекером покрышки 11.001120 модели И-ША показало, что при исполь­зовании в протекторе СКДИ она возрастает с 17,2 до 18,2 кН/м.

Результаты стендовых испытаний шин 300-508 Р с протек­тором из опытной резины показали, что они удовлетворяют требованиям ГОСТ 5513-86, а пробег значительно превышает норму.

Проведеные исследования позволили заключить, что замена СКД в протекторных резинах на СКДИ целесообразна для шин, предназначенных для эксплуатации в средней полосе России.

Подобные вышеприведенным данным были получены в НИИШП при испытании СКДИ, но уже с 15 % звеньев изопре­на [24]. По комплексу прочностных и динамических свойств, морозостойкости, износостойкости шинные резины с СКДИ близки к резинам с СКД (таблица 2.27).

Таблица 2.26 Результаты расширенных испытаний серийных (с) и опытных (а) резиновых смесей и резин

Вязкость по Муни, ед. Сопротивление подвулка - низации при 130° С, мин.: Ъ

^35

Испытание на реометре фирмы "Монсанто" (150°С х60 мин.)

Ммин, Н м М0пт, Н м Ммакс. Н М Ь, МИН ^(90), МИН 1макс, МИН

Качество шприцованных заготовок, баллы а/б

Усадка смеси через 24 ч., подлине по ширине по толиине

Свойства вулканизатов (143° С х 30 мин.)

Условная прочность при растяжении, МПа Сопротивление раздиру, кН/м Коэффициент темпера - туростойкости при 100° С по прочности по раздиру Коэффициент теплового старения (100° С х 72 ч.) по прочности по раздиру
86	83	94	84	97	73
84	72

Продолжение таблицы 2.26

Характеристика каучука СКД по техническим условиям ТУ 38.403444-83 приведена в таблице 2.28.

В России продолжаются работы по совершенствованию тех­нологии получения стереорегулярного бутадиенового каучука (СКД) Так, АО "Ефремовский завод" стал выпускать полибута-

Диен "кобальтовой" полимеризации, который содержит 90-93% 1,4-цис звеньев [25, 26]. Аналогичный каучук был выпущен в 1999 году и на ОАО "Нижнекамскнефтехим".

В лабораторных условиях [27, 28] проведен анализ каче­ства промышленных резин боковин и протектора легковых и грузовых шин на основе "кобальтового" полибутадиена. Уста­новлена возможность увеличения дозировки кобальтового по­либутадиена вместо СКД в шинных резинах с соответствую­щим повышением их эксплуатационных свойств и удешевле­ния рецептуры. На АООТ "Воронежшина" "кобальтовый" по­либутадиен опробован в протекторной смеси.

В таблице 2.29 даны сравнительные данные по каучукам СКД и резинам на их основе произведенных на ОАО "Ефремовский завод СК" и ОАО "Нижнекамскнефтехим". Сопоставление дан­ных по титановому СКД и СКД К кобальтовой полимеризации показывает на близость показателей, характеризующих как каучу - ки, так и резины из них, однако СКД К имеет большое преимуще­ство по экологической чистоте, так как он не содержит олигоме­ров и может быть использован для получения "зеленых" шин.

В связи с появлением все большего числа публикаций об успешном применении полибутадиенов с повышенным содер­жанием 1,2-звеньев в Воронежском филиале ВНИИСК синте­зирован новый полибутадиен СКД-ЛС 1,2 с повышенным со­держанием 1,2 звеньев и имеющим на концах небольшие поли - стирольные блоки [29]. Прививка полистирольных блоков по­зволяет существенно улучшить технологические свойства кау­чука, снизить хладотекучесть. При этом температура стеклова­ния зависит только от содержания 1,2-звеньев.

Добавка СКД-ЛС 1,2 в смесь СКИ-З+БСК позволяет суще­ственно улучшить коэффициент температуростойкости, сопро­тивление тепловому старению, многократному растяжению и разрастанию трещин в шинных резинах. Улучшаются сцепные характеристики протектора.

Надо отметить, что новые 1,2-полибутадиены к настояще­му времени освоены АО “Ефремовский завод СК".

В 1995 году в научно-информационном сборнике НИИШПа “Простор” Куперман Ф. Е. в своем аналитическом обзоре [30] под­вел своеобразный итог испытаний в шинных резинах перспек­тивных типов отечественных высоконенасыщенных каучуков общего назначения с повышенным содержанием винильных зве­ньев в цепи (1,2 полибутадиен; 3,4 полиизопрен; бутадиен-сти - рольные каучуки с 1,2-звеньями в полибутадиеновой части). В монографии в этом и предыдущих разделах главы 2 уже говори­лось о роли боковых групп на технические характеристики ре-

Таблица 2.29

Сравнительные свойства каучуков СКД (ОАО ’’Ефремовский завод СК”) и СКДК (ОАО "Нижнекамскнефтехим")

Зин и шин из них. Здесь хотелось бы еще раз на примере данных обзора Купермана подчеркнуть эти факторы (таблица 2.30).

В таблице 2.30 приняты следующие сокращения: 1,2~ПБ - полибутадиен с 1,2-звеньями; 1,2-ДССК-растворный бутадиен - стирольный каучук с 1,2-звеньями; 3,4-СКИ-полизопреновый каучук с 3,4-звеньями; СКДИС - тройной сополимер 1,2-бута - диена с 3,4-изопреном и стиролом; СКДЛС -1,2-бутадиеновый каучук с концевыми стирольными блоками.

Из таблицы 2.30 видно, что наилучшим комплексом вы­ходных характеристик протектора обладает резина с примене­нием 1,2 ПБ, особенно при наличии концевых стирольных бло­ков (СКДЛС). Самое низкое сопротивление качению имела шина с протектором, изготовленым с использованием полизопрена с 35-45% 3,4 звеньев.

Эти данные подтверждают обнаруженный в 1981 году тот факт [31], что резины из каучуков с винильными группами име­ют благоприятное соотношение гистерезисных потерь при ма­лых и высоких скоростях деформации. При невысоких часто­тах деформации (10-100Гц) они имеют малые потери на уров­не резин из 1,4-цис-бутадиенового каучука (низкое сопротив­ление качению), а при высоких частотах (300 и более Гц) име­ют повышенные потери, превосходящие даже у резин на ос­нове обычных бутадиен-стирольных каучуков (высокое сцеп­ление с дорогой).

С этой позиции весьма перспективным становится подго­тавливаемый к выпуску на Ефремовском заводе СК 1,2-бутади - еновый каучук СКДСР-Ш.

Жесткие условия рынка заставляют производителей каучука выпускать продукцию того же качества, но по меньшей цене. Воронежский АО “Синтезкаучук” разработал эмульсионную тех­нологию выпуска бутадиенового каучука.

В таблице 2.31 приведены свойства протекторных резин с использованием маслонаполненого эмульсионного полибута­диена ЭПБМ-15.

Очевидно, что при значительно меньшей цене протектор­ная резиновая смесь на основе комбинации каучуков БСК+ЭПБМ-15 обеспечивает практически одинаковые показа­тели резин с резинами на основе БСК и комбинации каучуков БСК+СКД.