БУТ А ДИ ЕН-СТИ РО Л ЬНЪХ Е КАУЧУКИ
Наиболее распространенными и экономичными каучуками общего назначения являются бутадиен-стирольные (бутадиен-а-метилстирольные) каучуки (ЬСК), выпускаемые в широком ассортименте и большом объеме, что объясняется относительной доступностью исходных мономеров (бутадиена и стирола), высокой однородностью свойств и хорошим качеством получаемого полимера, а также освоенной технологией производства.
Основная масса БСК получается эмульсионной со п о л и м ер и з анис й бутадиена ^ стирола (или а-метилсгирола).
В зависимости от условий полимеризации и состава применяемых компонентов выпускают бутадиен-стирольные каучуки, различающиеся по составу и свойствам.
Физические свойства. Все бутадиен-стирольные каучуки эмульсионной полимеризации, а также статистические каучуки растворной полимеризации являются полностью аморфными полимерами. Свойства полимеров различаются в зависимости от содержания в полимере связанною стирола. Ниже представлены физические свойства некоторых бутадиен-стирольн ых каучукові
СКС-10 СКС-30 СКС 50 Плотность, кг/м3 ... 900-910 920-930 980- 990
ІІоказатель преломления,
К25».......................................... 1,532 1,535 1,552
Температура стеклования,
°С......................................... —70-г —74 —52-т-—56 —13-—14
Удельная теплоемкость,
Дж/(кгК) .... 1,92 103 1,88-103 1,82-103
Удельное объемное электрическое сопротивление,
TOC o "1-5" h z Ом-м...... 6-ю'2 7-Ю12 9-Ю'2
Диэлектрическая
Проницаемость.............................. 3,0 2,9 2,76
Параметр растворимости,
(МДж/м-у2............................... 17 17,4 17,5
С повышением содержания в полимере фи соединен ного стирола увеличивается плотность, температура стеклования и диэлектрические характеристики.
Растворимость кислорода в СКС-30АРК при 40°С и атмосферном давлении составляет 12,5-10'" г в I г каучука или 7,5% (об.). Буїадиен-стирольные каучуки растворяются в тех же растворителях, что и изопреновые.
Технологические свойства. Бутадиен-стирольные каучуки, полученные эмульсионной полимеризацией при малом содержании регулятора
(нерегулированные), характеризуются высокими жесткостью (жесткость но Дефо 20
- 35 II), вязкостью по Муни (выше 100 усл. ед.) и эластическим восстановлением (эластическое восстановление по Дефо 4-5 мм). Такие каучуки с трудом поддаются обработке. Для снижения вязкости и улучшения обрабатываемости они подвергаются гсрмоокислительной деструкции в воздушной среде при 130- 140°С под давлением 0,3 - 0,33 Мпа в течение 35-40 мин. При этом их жесткость падает до 5 - 4,5 Н.
В настоящее время основную массу СК(М)С составляют регулированные каучуки, которые в зависимости от требований можно получать с различной жссткосгью и вязкостью. Обычно их вязкость по Муни составляет 30- 60 уел. ед., а жесткость по Дефо равна 4 — 8 Н, причем по вязкисти ипи жесткости они подразделяются на группы. Например, каучук СКС-30АРК 1 группы имеет вязкость гю Муни 44 - 52, а каучук II группы - 50 - 58. У регутироианных канчуков несколько пониженное по сравнению с нерегулированными эластическое восстановление (2,2 - 3,5 мм) за счет меньшей разветвленное™ .молекулярных цепей.
В основном регулированные СК(М)С хорошо обрабатываются на обычном оборудовании, применяемом при производстве резиновых изделий Их особенностью по сравнению с изопреновыми каучуками является повышенное теплообразование и больший расход энергии при смешении, что объясняется межмолекулярным взаимодействием молекулярных цепей. Повышенное эластическое восстановление смесей определяй относительно большую усадку заготовок при формовании. Полученные заготовки вследствие высокой гермопластичности каучука хорошо сохраняют форму (смеси имеют хорошую «каркасность»).
Резиновые смеси на основе СК(М)С характеризуются невысокой клейкостью, что затрудняет изготинление сложных йайеяий из отдельных деталей.
Бутадиен-стирольные каучуки растворной полимеризации (ДССК) из-за узкого ММР обладаю! худшими технологическими свойствами по сравнению с эмульсионными. Они имеют малую когезионную прочность, недостаточную клейкость, узкий температурный интервал каландрования и шприцевания.
Недостатки технологических свойств ДССК (повышенное теплообразование при смешении, невысокая клейкость смесей) в значительной степени устраняются пчтем правильного выбора рецептуры добавлением НК или СКИ, пластификаторов, повышающих клейкость, и другими способами.
Вследствие большего содержания полимера и меньшего содержания низкомолекулярных фракций в ДССК можно вводить большие количества наполнителей и пластификаторов по сравнению с эмульсионными с сохранением высоких показателей физико-механических свойств ре$ин. Это дает возможность снизить стоимость резиновых смесей.
Маслокаполненнме каучуки. Резины, полученные на основе высокомолекулярных каучуков, превосходят резины на основе низкомолекулярных каучуков по динамической выносливости и износостойкости, характеризуются меньшим теплообразованием Однако они обладают высской жесткостью (и вязкостью) и трудно обрабатываются. Для понижения вязкости высокомолекулярного каучука в него на стадии латекса до или в процессе коагуляции вводятся нефтяные масла. Наилучшим комплексом свойств обладают каучуки, наполненные высокоароматизированными маслами гипа Г1Н-6
В России выпускают каучуки марок СКМ;С-ЗОАРКМ-15 и СК(М)С-ЗОЛРКМ 27, содержащие соответственно 15 и 27% масла. Молекулярная масса (жесткость) исходных полимеров должна быть тем больше, чем выше содержание масла в товарном каучуке. Соотношение тих показателей для товарных каучуков с жесткостью по Дефо 6 8 Н, показано ниже:
Содержание масла на 100 масс. ч.
Каучука, масс, ч............................................ 0 20 25 37,5
Среднемассовая молекулярная
Масса исходного полимера.... 2,13■ 10'' 2.76-105 3,31-10'
Жесткость по Дефо исходного
Полимера, Н.................................................... 6-8 9-10 20
Замена части полимера более дешевым маслом при улучшении технологических свойств каучуков и сохранении на высоком уровне технических свойств резин на их основе дает значительный экономический эффект. Намечается тенденция к дальнейшему увеличению содержания масла в каучуке.
Вулканизация. Благодаря непредельности бутадиен-стирольных каучуков резины на их основе хорошо в жанизуются серой в присутствии органических ускорителей. Наиболее эффективными являются сульфенамидчые ускорители. Меньшее содержание двойных связей по сравнению с их содержанием в изопреновом и бутадиеновом каучуках, а также относительно высокое содержание органических кислот в эмульсионных бутадиен-стирольных каучуках обусловливают их более «медленную вулканизуемость и меньшую склонность к подвулканизации. Для обеспечения нормальной скорости вулкани *ации необходимо увеличивать содержание ускорителей.
Вследствие отсутствия в составе ДССК органических кислот они вулканизуются с большей скоростью. Возможна вулканизация бутадиен-стирольных каучуков фенолформальдегидными смолами, органическими перекисями и «которыми друхими вулканизующими агентами. Так как буталиенстирольные каучуки не кристаллизуются при деформации, для получения вулканизатов с высокими механическими свойствами необходимо вводить в каучук усиливающие наполнители.
Рецептуры стандартных смесей привсденны ниже:
Содержание, масс. ч.
TOC o "1-5" h z СК( MjC-ЗОАРК... 100
СК( М)С-3-АРКМ-15 . . 100
СК(М)С-30АРКМ-27 . . - - 100
CKC-30APKII..................... - - - 100
Сера...................................... 2,0 2,0 2,0 2,0
Дибензтиазолилдисульфид 3,0 1,5 2,75 1,75
Дифенилгуанидин .... - 0,3
Оксид цинка........................ 5,0 5,0 5,0 5,0
Стеариновая кислота. . 1,5 2,0
Технический углерод К-354 40,0 50,0 40,0 40,0
Продолжи ге. [ьность приготовления резиновых смесей на лабораторных вальцах при температуре 5015 С колеблется от 25 мин (для смесей на основе СКС-30АРКМ - 27) до 36 мин (для смесей на основе СКС-30АРКМ-15); температура вулканизации 143иС; продолжительность вулканизации 40 - J00 мил.
Механические свойства влканизатов стандартных смесей на основе СК(М) С представлены ниже:
Прочностьири СКС - СК(М)С - СК(М)С - СК(М)С-
TOC o "1-5" h z растяжении, Мпа, - ЗОАРКП - ЗОАРК - ЗОАРКМ-15 - ЗОАРКМ-27 не менее.... 28 24 22 26,5
Относительное удлинение. %
Не менее........................... 550 550 550 550
Остаточ ное удлинение, %,
Не более........................... 20 30 20 22
Эластичность по отскоку,%,
Не менее..................... 37 27 28 35
Свойства вулкашпатов. Резины на основе БСК при введении в них активных наполнителей характеризуются высокой механической прочностью и хорошей износостойкостью.
Они уступают вулканизатам на основе изопрсновых каучуков по эластическим свойствам, сохранению прочностных свойств при повышенных температурах, динамической выносливости и имеют большее теплообразование, а вулканизатам на
Основе стереорегулярных бутадиеновых каучуков они уступают по тетлостой кости и ИЗНОСОСТОЙКОСТИ. Иаслонапрлненныо реЗмН'&Г имеют нерколько пониженную эластичность и меньшую прочность по сравнению с ненаполненными, но сохраняют эти свойства на достаточно высоком уровне.
Резины на основе ДССК по сравнению с резинами на основе эмульсионных каучуков имеют более высокие эластичность и износостойкость и приближаются по этим показателям к резинам на основе бутадиеновых каучуков.
При увеличении в полимере связанного стирола прочностные сьойства и износостойкость резин на его основе несколько увеличиваются, но существенно снижаются эластичность, динамические свойства и морозостойкость.
Бутадиен-стирольные каучуки очень широко используются в шинной промышленности, особенно при прои $водстве легковых шин, конвейерных лент и рукавов, резиновой обуви, подошв и каблуков, в кабельной промышленности.
Каучуки с небольшим содержанием связанного стирола (типа СКМС-10) применяются для производства морозостойких изделий, а каучуки с повышенным содержанием стирола - для производства изделий с повышенными диэлектрическими свойствами, стойких к агрессивным средам, а также при производстве эбонитов. Широкий ассортимент торговых марок и невысокая стоимость позвопяет выбирать каучук, наиболее пригодный для конкретных целей.
