МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ и СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ

Реологические и пластоэластические Свойства каучуков и резиновых смесей

В процессах переработки полимеров при совместном воздей­ствии температуры и сдвиговых деформаций с большой скоростью могут протекать процессы деструкции, сопровождающиеся необрати­мыми изменениями вязкости, молекулярно-массового распределения, физико-механических и других свойств полимеров. Это не только су­щественно изменяет качество полимеров, но и влияет на эксплуатаци­онные характеристики перерабатывающего оборудования [1].

В прежние годы необходимость получения точной информа­ции о перерабатываемости материалов не была столь острой по не­скольким причинам. Во-первых, долгое время для этого не было на­дежных методов испытаний. Во-вторых, в резиновой промышленно­сти имеется возможность сгладить отклонения в свойствах сырья пу­тем небольшой корректировки рецептуры или условий смешения. И, наконец, быстрое развитие в последние годы литьевой технологии изготовления резиновых изделий потребовало высокой воспроизво­димости технологических свойств смесей.

Характеристика поведения каучуков и резиновых смесей при их переработке является первостепенной проблемой в производстве каучука [2]. Для этого имеются в распоряжении методы, начиная от реологических испытаний с точным определением таких зависимо­стей, как кривые вязкости [3]кривые течения, нормальные коэффици­енты упругости [4] заканчивая простыми методами испытания техно­логических свойств, как, например испытания по Муни или Дефо. Кроме того, аналитические методы исследования молекулярной структуры каучуков позволяют предсказать или объяснить поведение материалов при переработке.

Все известные методы дополняют друг друга, и не существует метода на все случаи жизни. Один контролируемый параметр не мо­жет дать исчерпывающей информации о технологичности материала, его вулканизационных свойствах, перерабатываемости и т. д. Симпа-

-436- тии многих производителей к показателю вязкости по Муни, традици­онно используемому в качестве основной характеристики каучука, объясняются тем, что этот метод убеждает и производителей, и по­требителей каучуков, что свойства всех партий одинаковы; однако этот метод не дает достаточной информации о перерабатываемости материала и конечных свойствах изделий. Несмотря на то, что в об­ласти разработки новых приборов и методов контроля отмечается по­стоянный прогресс с начала 80-х годов, в промышленности все еще наблюдается тенденция использования ограниченного набора не слишком информативных методов [5].

Специфику переработки каучуков и резиновых смесей опреде­ляют их вязкоупругие свойства, проявляющиеся в развитии высоко­эластических деформаций, нарастающих до максимума и реализую­щих структурную релаксацию напряжений. Для измерения реологиче­ских (вязкоупругих) свойств, характеристик течения эластомеров и резиновых смесей существует большое количество испытательных приборов [6, 7, 8]. Применение реологических методов в резиновой промышленности включает [9] оценку модулей релаксации резиновых смесей и их поведения при вулканизации, изучение перерабатываемо­сти каучуков, наполненных техническим углеродом, а также тепловы­деления в смесях при механическом воздействии на них.

Системы реологических испытаний конструируются так, что­бы отвечать требованиям либо проведения исследовательских работ, либо контроля качества, либо того и другого. Они включают опреде­ление показателей пластичности на пластометре с параллельными плитами; определение вязкости по Муни и способности к преждевре­менной подвулканизации; определение жесткости и эластического восстановления по Дефо и оцениваются с помощью комплекса мето­дов, зафиксированных в стандартах. Используемые для определения реологических характеристик приборы в зависимости от характера деформирования разделяются на вискозиметры выдавливающего (ка­пиллярные) и ротационного (сдвиговые) типов, сжимающие пласто - метры и вибрационные реометры. Каждый из этих типов имеет свои достоинства и недостатки и отражает те или иные условия переработ­ки резиновых смесей (таблица 16.1).

-437-

В международной практике определение вязкости и пласто - эластических свойств проводят в соответствии со следующими стандартами:

МС ISO 289/1.2, 2.2. Каучук и резиновая смесь. Определение вязкости по Муни и способности к преждевременной вулканизации. МС ISO 7323. Каучук и невулканизованная резиновая смесь. Опреде­ление показателей пластичности на пластометре с параллельными плитами.

МС ISO 2007. Каучук и резиновая смесь. Определение пластичности на экспресс - пластометре.

МС ISO 2930. Каучук натуральный. Определение индекса сохранения пластичности.

В нашей стране при производственном контроле резиновых смесей наиболее широко применяют:

ГОСТ 415-75. Каучуки и резиновые смеси. Метод определения пла - стоэластических свойств на пластометре.

ГОСТ 10201-75. Каучуки и резиновые смеси. Метод определения же­сткости и эластического восстановления по Дефо. ГОСТ 10722-76. Каучуки и резиновые смеси. Метод определения вяз­кости и способности к преждевременной вулканизации. ГОСТ 412-76. Смеси резиновые. Метод определения кольцевого мо­дуля. Этот стандарт, разработанный еще в начале XIX века, является у нас наиболее распространенным методом экспресс - контроля каче­ства производственных резиновых смесей.

Среди реометрических методов один из самых распространен­ных - испытание на пластометре по ГОСТ 415-75. Этот метод и МС ISO 7323 имеют существенные различия, касающиеся условий испы­тания (способа отбора образцов и их размеров, продолжительности предварительного прогрева и "отдыха" образца после снятия нагруз­ки, температуры и т. д.), способа расчета результатов и др.