авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

Новые составы и технологии фтористых резин ответственных автокомпонентов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Пичхидзе Сергей Яковлевич

Новые составы и технологии фтористых резин

ответственных автокомпонентов

Специальность 05.17.06 – технология и переработка
полимеров и композитов

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

доктора технических наук

Саратов 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.»

Научный консультант: доктор химических наук, профессор
Панова Лидия Григорьевна
Официальные оппоненты: Решетов Вячеслав Александрович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г.Чернышевско-го, профессор кафедры физической химии

Журавлева Людмила Леонидовна, доктор технических наук, профессор, ФГУ НИИ промышленной экологии, заместитель директора по науке Шуклин Сергей Григорьевич, доктор химических наук, профессор, ОАО «Балаковорезинотехника», заместитель начальника инженерного центра
Ведущая организация: Воронежская государственная технологическая академия

Защита состоится ­«29» мая 2012 года в 13 час. на заседании диссертационного совета Д 212.242.09 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, д. 77, ауд. 319/1.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Автореферат разослан «____» апреля 2012 г.

Автореферат размещен на сайте ВАК РФ «____» ____________ 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета В.В. Ефанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие современного автомобилестроения требует создания и постоянного совершенствования уплотнительных устройств, обеспечивающих герметичность подвижных соединений деталей машин.

На сегодняшний день в России изготавливаются манжеты с рабочим элементом из эластомерных материалов (резин), обладающих невысокой работоспособностью и износостойкостью, не полностью удовлетворяющих автомобилестроение.

Также научно-технический прогресс в современном автомобилестроении невозможен без применения высококачественных рукавных изделий (шлангов). Производство шлангов для транспортировки бензина требует разработки надежных материалов и конструкций.

Научно-исследовательские работы в области новых РТИ в России практически не ведутся. Крупными зарубежными компаниями (Тагава, 3М, Дюпон, Фройденберг) разработаны и продвигаются на западном, а в последние годы и на отечественном рынке, высокоэффективные РТИ (топливные шланги, сальники, колпачки, кольца) на основе фторкаучуков.

Российская промышленность в течение многих лет поставляет отечественному Автопрому топливные шланги и шланги наливной горловины стандартов Euro 2 и Euro 3.

Повышение экологических требований до стандарта Euro 4 по топливопроницаемости рукавных изделий, а также рост скоростей, давлений и температур при эксплуатации узлов и агрегатов, ужесточение требований к показателям качества, долговечности и экологичности резинотехнических изделий требует постоянного совершенствования инженерных методов конструирования, технологии изготовления, рецептур резин, обеспечивающих их повышенное качество и работоспособность.

Поэтому разработка научно обоснованного выбора составов резин, конструкций манжет и рукавных изделий с повышенными эксплуатационными свойствами и отвечающих высоким экологическим требованиям, является актуальной и значимой проблемой.

Цель диссертационной работы: комплексное решение научных и технологических вопросов, направленных на разработку составов, конструкций и реализацию высокоэффективной технологии получения манжет и топливных шлангов, обеспечивающей повышение качества, работоспособности и экологичности РТИ.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• провести синтез и комплексное исследование свойств, синтезированных новых ингредиентов фтористых резин;

• разработать теоретически обоснованные эффективные методы улучшения качества вулканизатов и изучить физико-механические свойства фтористых эластомеров;

• определить технологические параметры приготовления резиновых смесей и исследовать процессы, происходящие в полимере в процессе формования изделий;

• определить параметры и механизм вулканизации каучуков; оценить влияние воды на ускорение бисфенольной вулканизации;

• разработать составы, конструкции и технологии для изготовления наружного слоя и рабочего элемента сальника, магнитного кодировщика с повышенной износостойкостью и многослойного шланга стандарта Euro 4 и исследовать их свойства;

• разработать составы, конструкции и технологии получения полимерных составов и рукавных изделий с применением материалов, обладающих пониженной топливопроницаемостью Euro 4;

• определить основные критерии использования в резиновых смесях мелкодисперсных фтористых порошков, полученных из отходов резиновых смесей;

• оценить экономическую и экологическую целесообразность разработанных технологий.

Достоверность полученных результатов определяется сопоставимостью основных теоретических положений физики и химии твердого тела с практическими рекомендациями и выводами результатов комплексных исследований, выполненных с помощью комплекса современных взаимодополняющих методов исследования: физико-химических (ИКС, ГХ-МС), оптической микроскопии, статистической обработки экспериментальных данных.

На защиту выносятся:

• результаты комплексного исследования синтезированных соединений, используемых в качестве катализаторов вулканизации и диспергаторов резиновых смесей.

• результаты комплексного исследования по оценке структуры фторкаучуков;

• результаты исследования реологических свойств фтористых резиновых смесей, содержащих активированные резиновые порошки, и их влияния на релаксационные свойства вулканизатов;

• составы резиновых смесей для изготовления манжет и методы модификации политетрафторэтилена для повышения адгезии к резине;

• составы наружного, промежуточного и барьерного слоев рукавных изделий, соответствующих по топливопроницаемости стандарту Euro 4;

• технологии изготовления и конструкции манжет с повышенными эксплуатационными свойствами, шланга наливной горловины и топливного шланга стандарта Euro 4.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

1. Синтезированы соединения, обладающие большей, чем промышленный катализатор, каталитической активностью к фторкаучукам. Оценено их влияние на кинетические характеристики вулканизации и доказано возрастание скорости вулканизации с 0,472 до 0,592-0,617 мин-1 с сохранением прочностных свойств резин. Доказана возможность снижения гигроскопичности (примерно в 6 раз) катализатора октаэтилтетраамидофосфонийбромида, внедренного в производство, за счет замены бромида в составе молекулы на бисфенолят-анион.

2. Установлена большая эффективность новых синтезированных диспергаторов, обеспечивающих снижение вязкости со 107 до 92-95 усл.ед., повышение растекаемости, а также увеличение скорости вулканизации резиновой смеси 420-35, чем достигается уменьшение продолжительности технологического процесса.

3. Опрелелено наличие гелевой составляющей в составе фторкаучука СКФ-26 ВС и установлено ее отрицательное влияние на перерабатываемость и эксплуатационные свойства резиновой смеси.

4. Установлена структурная неоднородность серийно выпускаемого фторкаучука по содержанию макрогеля как для различных партий, так и внутри одной партии. Определены параметры структуры (молекулярно-массовое распределение и длинноцепная разветвленность) для фторкаучуков различных марок.

5. Доказано, что химическая модификация поверхности стекловолокнонаполненного ПТФЭ (марка Ф4С25) натрий-нафталиновым комплексом в тетрагидрофуране повышает адгезионное взаимодействие ПТФЭ с акрилатной и фтористой резинами в 10-15 раз. Установлено влияние последовательности обработки поверхности Ф4С25 Na-нафталиновым комплексом в тетрагидрофуране и 3-аминопропилтриэтоксисиланом (АГМ-9) или 3-глицидоксипропилтриметоксисиланом (А-187) на адгезионную прочность «резина-Ф4С25». Определен механизм повышения адгезионного взаимодействия Ф4С25 с акрилатной и фтористой резинами, заключающийся в дефторировании ПТФЭ и образовании связей С=С с дальнейшим взаимодействием аминогруппы АГМ-9 с кислородом карбонильной и эфирной групп акрилатного каучука.

6. Установлены направления повышения эффективности сшивания путем изменения условий процесса дефторирования фторсополимеров, введением металлов переменной валентности при ионной полимеризации. Изучены процессы совместных бисфенольной и перекисной вулканизации фторсодержащих композиций.

7. Оценена, по комплексному динамическому модулю упругости, способность к соэкструзии резин, используемых для внутреннего и промежуточного слоев рукавных изделий.

8. Установлена зависимость реологических, физико-механических показателей от содержания фтористой крошки. Доказана взаимосвязь между составом промежуточного слоя топливного шланга и адгезией его к материалу фтористой камеры, а также зависимость топливонепроницаемости от конструкции многослойного шланга.

Практическая значимость работы:

1. Получены новые, защищенные патентами, соединения, внедренные в производство, используемые в качестве катализаторов и диспергаторов в резиновых смесях.

2. Определены факторы, влиящие на адгезию между политетрафторэтиленом и резиновой частью манжеты, а также предложен способ усиления адгезии между данными компонентами.

3. На основе полученных результатов созданы и прошли, подтвержденное актами, промышленное внедрение:

- составы резиновых композиций, конструкции и технология производства манжет с повышенной работоспособностью;

- составы резиновых смесей, конструкции и технологии для изготовления внутреннего и промежуточного слоев топливных шлангов, наливной горловины;

- адгезивные составы для изготовления сальников;

- антиадгезивный состав для промазки дорнов.

4. Разработаны конструкции и технология производства манжет повышенной работоспособности и топливных шлангов стандарта Euro 4.

5. Разработаны и внедрены в производство новые составы резиновых смесей с применением мелкодисперсных активированных порошков на основе различных каучуков.

6. Анализом газовоздушной среды участка вулканизации установлено снижение на 20-30% выделения хлорсодержащих продуктов при замене, в составе резин промежуточного слоя шланга, эпихлоргидринового каучука на бутадиен-нитрильный.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на X, XI, XIII, XIV, XV и XVII Международных научно-технических конференциях «Резиновая промышленность. Сырье. Материалы. Технологии» (Москва, 2003, 2005, 2007, 2008, 2009, 2011); XIX, XX, XXI и XXII Международных симпозиумах «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, 2008, 2009, 2010, 2011), II Всероссийской научно-технической конференции «Каучук и резина - 2010», (Москва, 2010); V Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология. Композит-2010», (Энгельс, 2010), Third International Conference on Chemical Kinetics (Sydney, 1993), III Международной научно-практической конференции «Материалы в автомобилестроении» (Тольятти-Самара, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 97 работ, из них 15 работ в журналах, рекомендованных ВАК, получено 15 патентов и 4 авторских свидетельств на изобретения.

Личный вклад автора состоял в формировании научной задачи, постановке исследований, обобщении полученных результатов. Выполнение исследований и промышленная апробация проводились при непосредственном участии автора.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, основных выводов, списка цитируемой литературы и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разрабатываемой проблемы, сформулированы цели и задачи, научная новизна, практическая значимость диссертационной работы, защищаемые положения.

В главе 1, в литературном обзоре, рассмотрены особенности химической природы фтора и его соединений, современные представления о поверхностной энергии, адсорбции и адгезии, обсуждены вопросы физической и химической модификации фторполимеров, а также фторполимерных композитов.

Обобщены имеющиеся в современной литературе основные тенденции создания рецептуры резиновых смесей для изготовления манжет и рукавных изделий. Рассмотрены возможности использования политетрафторэтилена (ПТФЭ) для рабочей части манжеты. Описаны способы модификации поверхности ПТФЭ с целью повышения адгезии. Охарактеризованы конструктивные особенности резиноармированных манжет, а также манжет с рабочим элементом из ПТФЭ. Рассмотрены составы, способы и технологии изготовления рукавных изделий. Особое внимание уделено способам снижения топливопроницаемости рукавных изделий. Анализ литературных данных позволил сформулировать научные задачи и наметить методологию настоящей работы.

В главе 2 приведены объекты и методы исследований. В качестве объектов исследования выбраны резиновые смеси на основе каучуков специального назначения, промышленные резиновые смеси, предназначенные для изготовления манжет и рукавных изделий, содержащие комплекс наполнителей, пластификаторов, вулканизующих агентов и других ингредиентов, а также фторопласты, фтортермопласты, модификаторы и новые синтезированные соединения для улучшения свойств фтористых резин.

В главе 3 приведен синтез новых ингредиентов фтористых резин: катализаторов и диспергаторов.

Для расширения ассортимента веществ, обладающих каталитической активностью к фторкаучукам в процессе их вулканизации, а также изучения импортозамещенности сырья, синтезированы соединения, представленные в табл. 1, из них запатентованы соединения I-IV. Для сравнительной оценки активности предлагаемых катализаторов I-VI использовался, применяемый в промышленности, бензилтрифенилфосфонийхлорид.

Таблица 1

Химические формулы и названия исследованных соединений

Соединение Формула Свойства
Синтезированные соединения
I C22H40 N5 Br - гептаэтилфе-нилбигуанидинийбромид C6H5N(C2H5)C(NC2H5)N(C2H5) C(N(C2H5) N +(C2H5)3 Br пастообразное серое вещество, T пл. 120…123°С
II C22H40 N5 Cl - гептаэтилфе- нилбигуанидинийхлорид C6H5N(C2H5)C(NC2H5)N(C2H5) C(N(C2H5) N +(C2H5)3 Сl пастообразное серое вещество, T пл. 120…123°С
III C16H40 N4 P Br – октаэтил-тетраамидофосфонийбромид (N(C2H5)2)4P+ Br ТУ 2637-001-36447053-2000 T пл. 80…120°С, желтая кристалл-лическая масса
IV C16H40 N4 P BF4 -октаэтил- тетраамидофосфонийтетра-фторборат (N(C2H5)2)4P+ BF4 T пл. 140…143°С, белые кристаллы
V C34H27PO2F6 -метилтрифенил- фосфоний-4-фенолят -4’- фенилолгексафторпропан-2 (С6Н5)3Р+СН3 OC6H4C(CF3)2C6H4OH T пл. 121…123°С, белые кристаллы
VI C31H55 N4O2P-октаэтилтетра- амидофосфоний-4-фенолят- 4’-фенилолпропан-2 (N(C2H5)2)4P+ OC6H4C(CН3)2C6H4OH T пл. 100…110°С, желто-белые кристаллы
Соединение, используемое для сравнительной оценки каталитической активности синтезированных ЧФС
VII C25H22PCl - бензилтрифенил- фосфонийхлорид (С6Н5)3Р+СН2С6Н5Cl ТУ 6-09-14-1522-73 T пл. 287…288°С, белые кристаллы


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.