автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Термокинетический метод прогнозирования долговечности эластомерных композиций

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 678.01.539.1/3+541.1

АСЛОВСКАЯ Оксана Анатольевна

ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

05.17.09 • Технология и переработка пластических масс, эластомеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1998

Работа выполнена о Белорусском государственном технологи ческом университете.

Научный руководитель доктор химических наук

профессор Прокопчу к Н Р.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Геллер Б.Э.;

кандидат технических наук Русецкий В. В

Оппонирующая организация

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)

Защита состоится '........ 1998 г. в -¿.г............. ч(

сов на заседании Совета по защите диссертаций Д 02.00 04 в Бохк русском государственном технологическом университете, 220630, г. Минск, ул. Свердлова, 13а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусско! государственного технологического университета.

Автореферат разослан ...^жЛ^.У!.. 1998 г.

Ученый секретарь

Совета по защите диссертаций СТг^и / В.Б. Снопкоа

кандидат технических /наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Определение сроков надеж-ой эксплуатации (долговечности) эластомерных композиций и изделий а их основе является одной из наиболее актуальных проблем физико-шии и технологии эластомеров. В условиях хранения и, особенно, экс-пуатации в эластомерных материалах при протекании процессов ста-ения происходят необратимые изменения, приводящие к ухудшению, а о временем и к полной потере деформационно-прочностных свойств, пределяющих долговечность исходного материала. В связи с этим, ус-ановление гарантийных сроков службы эластомерных материалов меет большое практическое значение. Особенно важна точность опре-еления долговечности, так как неполное использование ресурса изде-ий экономически нецелесообразно, а опоздание с заменой изделия южет привести к нежелательным последствиям, а в некоторых случаях аже к аварийным ситуациям.

Обычно при прогнозировании срока службы материала рассматри-ают две разноплановые заДэчи. Первая заключается в определении роков службы эластомерного материала в заданных условиях хранения эксплуатации. Она относится к области физико-химии эластомеров и южет решаться теоретически или экспериментально на основе резуль-атов модельных или ускоренных испытаний материалов в контроли-уемых условиях. Вторая задача связана с решением вопросов опреде-ения гарантийного срока службы материала в конкретном изделии, то сть в элементах конструкции 9 сложнонапряженном состоянии. Она от-осится к области теории надежности и решается методами математи-еской статистики.

• Созданные к настоящему времени и используемые на практике в 'Б и за рубежом методы прогнозирования долговечности эластомерных 1атериалов являются длительными, малопроизводительными, не учи-ывают, как правило, условий эксплуатации и хранения изделий из эла-томерных материалов, дают завышенные, нереальные значения дол-эвечности. Для решения этой проблемы необходим поиск новых крите-иальных параметров, связанных с временем деструкции эластомерных омпозиций, и создание оригинальных методов надежного прогнозиро-ания долговечности эластомерных материалов.

Связь работы с крупными научными программам», темам». [иссертациеннзя работа выполнялась в соответствии с темами: Разработка физико-химических основ экспресс-мэтода опроделания бальной долговечности резин» гос. регистрации 1994809, 1293-

т

1995 гг.) и «Термокинетический метод прогнозирования долговечное изделий из пластических масс и эластомеров» (№ гос. регистрам! 1995747, 1995-1997 гг.), которые разрабатывались по заданию Мин стерства образования и науки РБ, а также в рамках государственн» программы фундаментальных исследований «Полимер» (1996-2000 гг раздел программы «Развитие принципов рецептуростроения полиме ных материалов технического назначения на основе эластомеров и пл стмасс с улучшенными эксплуатационными свойствами» (распоряжен! Президиума НАНБ № 190 от 02.12.96 ).

Цель к задачи исследования. Цель настоящей работы заключ лась в разработке физико-химических основ универсального экспрес метода прогнозирования реальной долговечности эластомерных комп зиций любого состава, подвергаемых воздействию важнейших эксплу тационных факторов.

Для достижения поставленной цели были определены основж задачи исследования:

1. Изучить температурную зависимость энергии активации де< рукции эластомерных композиций на основе каучуков различного хил/ ческого строения в широком интервале температур;

2. Определить условия проведения термоокислительной дестр^ ции резин, исключающие изменение структуры материала в процес испытания;

3. Исследовать влияние важнейших эксплуатационных фактор* тепла, озона, УФ излучения, циклических нагрузок при их раздельного совместном действии на снижение энергии активации тсрмоокислите) ной деструкции 1)0 и долговечности резин;

4. Определить гарантийные сроки хранения и эксплуатации з; стомерных композиций широко используемых рецептур.

Научная новизна полученных розультатоо:

1. Впервые установлено и объяснено снижение скорости терг, окислительной деструкции эластомерных композиций различных рец< тур в области релаксационного Х-перзхода (60-70 °С), обусловлена ростом энергии активации процесса;

2. Обосновано проведение термоскиолительной деструкции Э; стомерных композиций о низкотемпературном интервала от 20 °С температур релаксационного Х-перехода в эластомерах и при допол тельном наложении поля растягивающего механического напряжен то есть в условиях, обеспечивающих ускоренные испытания 683 из: нания исходной структуры материала;

3 Впервые проведена количественная оценка влияния на долго-ечность эластомерных композиций ряда важнейших эксплуатационных >акторов, а также химического строения каучуков и рецептуры компози-ий через соответствующие изменения параметра 1)0;

4 Доказана правомочность применения принципа сложения долей азрушения для оценки влияния на долговечность эластомерных компонуй совместного действия различных факторов при последователь-эм их наложении.

Практическая значимость полученных результатов: технический эффект достигается путем создания новых видов техники и технологий за счет использования эластомерных материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами и повышенной долговечностью;

социальный эффект состоит в исключении нежелательных последствий и аварийных ситуаций вследствие неожиданного выхода из строя (разрушения) изделий на основе эластомерных материалов; экологический эффект заключается в снижении накопления полимерных отходов за счет боЛее полного использования ресурса изделия при повышении точности определения гарантийных сроков хранения и эксплуатации.

Экономическая значимость полученных результатов. Приме-зниз разработанного метода прогнозирования долговечности эласто-эрных композиций позволяет экономить материальные и энергетиче-:ие ресурсы при создании новых эластомерных материалов с задан-им комплексом свойств, сокращать сроки оценки эффективности ста-1л1,зирующих систем и сроки определения долговечности эластомерах изделий при создании новой конкурентоспособной продукции. Эко-шический эффект от использования метода прогнозирования долго-8чности эластомерных композиций при внедрении только на одном ?эдприятии (Русско-германское СП «РОТТЕХ») составляет 10 тыс. >ссийских рублей (на 01.01.93).

Оснозныэ положения диссертации, оымоеимыэ на защиту :

1. Протекание тормоокислитвлыюй деструкции резин о твердой эзз о разных температурных областях с различной энергией октяоа-ш;

2. Примгноикэ для определенен яслгозсчностм элостоморных «позиций о качества критериального параметра гффс.ттеякоЯ зиерппз тивзции тгрмоокислитсльной деструкции, соот&зтстоующгй стру)гр/рз ¡зим до релаксационного Х-лсрскг>да;

3. Метод прогнозирования долговечности эластомерных компози ций по аналитической зависимости л = \ (1)0) при проведении испытаний в низкотемпературном интервале от 20 °С до температур релакса ционного ¿.-перехода в эластомерах и при дополнительном наложение поля растягивающего механического напряжения, ускоряющего деструк тивные процессы;

4. Возможность учёта и количественной оценки влияния ряда важ нейших эксплуатационных факторов и рецептуры на долговечность эла стомерных композиций через соответствующие изменения параметра 11о и на основе принципа сложения долей разрушения.

Личный вклад соискателя. Соискатель принимал непосредственное участие в постановке задач исследования, проведении экспериментов, обсуждении результатов экспериментальных данных, в подготовке докладов и публикаций, во внедрении метода на предприятиях резиновой промышленности и научных учреждениях.

Апробация результатов исследования. Основные результаты научных исследований доложены и обсуждены на научно-технически* конференциях Белорусского государственного технологического университета (г. Минск, 1995 и 1996 гг.), на Второй, Третьей и Четвертой российских научно-практических конференциях резинщиков «Сырье и материалы для резиновой промышленности: Настоящее и будущее» (г. Москва, 1995-1937 гг.), на Второй международной научно-технической конференции «¡Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии» (г. Гродно, 1996 г.), на Восьмом международном симпозиуме «Проблемы шин и резинокордных композитов: Дорога, шина, автомобиль» (г. Моек-аа, 1997 г.).

Опубликовашюсть результатов. .Основные результаты исследования изложены в 7 статьях, 4 тезисах докладов конференций. Получено рёшзнио на выдачу патента Республики Беларусь по заявка N2 861195 от 31.12.90.

Структура 1: объеи диссертации Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Изложена на 169 страницах текста, содерасит 44 иллюстраций, 1С таблиц, 6 приложений на 23 страницах, 157 литературных источников. В приложениях приводятся акты испытаний и расчетов долговечности рэгин по заявкам предприятий и НИИ, аеты опытно-промышлзмньзх внедрений метода прогнозирования долговечности зластсмсрных композиций; решение государственной патентной экспертизы по заявке на игобрзтс^ио 231195; алгер!ттм прогргимы расчета долговечности, роалкзекаиний на г.зыке Бейсик.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена современному состоянию проблемы рогнозирования долговечности и определения времени хранения и на-1ежной эксплуатации эластомерных материалов. Рассмотрены теоре-ические основы кинетического процесса разрушения эластомерных ма-ериалов и основные механизмы действия ряда важнейших эксплуата-|ионных факторов, под влиянием которых протекает сложный комплекс заимосвяэанных необратимых и обратимых процэссоэ, что значитель-

0 затрудняет возможность прогнозирования долговечности эластоме-ов В свете современных представлений процесс старения эластомер-ых композиций, как сложных многокомпонентных систем, определяется

одной стороны, свободно-радикальными процессами, молекулярной одвижностью эластомера и пространственной неоднородностью ком-озиции и, с другой стороны, внешними воздействиями (тепло, озон, вет, влага, радиация, химические и биологические среды, механичэ-кие нагрузки и т.п.).

Рассмотрены существующие методы прогнозирования долгоэеч-ости различных эластомерных материалов, как на основе ускоренных збораторных методик, так и длительных испытаний а реальных усло-иях, а также комбинированные методы. Анализ литературных "данных оказал, что основным недостатком ускоренных методов прогнозирова-ил язляется возможность больших ошибок, а недостатком натурных спытаний - трудоемкость, материалоемкость и большая продолжи-ельность экспериментов.

Для правильного прогнозирования сроков работоспособности из-елий из эластомерных материалов не всегда требуется проводить лительные натурные эксперименты, а достаточно знать скорость измэ-ения определяющей характеристики при разных температурах и кон-ентрациях. Установлено, что для решения задачи по созданию надеж-ых и нетрудоемких методов прогнозирования изменения свойств эла-гомерных материалов о процессе многолетнего старения при эксплуэ-ации на базе ускоренных лабораторных испытаний относительно ма-ой продолжительности необходимо количественное описание связи ремени старения с каким-либо показателем материала, принимаемым

1 критериальный параметр.

На основании анализа литературных источников сформулированы сновные направления исследования.

Во второй глаоо приведено описание объектов исследования методов испытания и исследования. Объектами исследования являлис эластомерные композиции на основе каучуков с различной структуре молекулярной цепи, определяющей природу и энергию межатомнь связей. При проведении исследования были использованы резины и основе индивидуальных каучуков, а также различных их комбинаци! при этом исследовались как стабилизированные составы, так и без ст< билизаторов.

Тепловоз, озонное, атмосферное старение и изучение воздейс вия циклических деформаций проводили в соответствии со стандар-ными методиками. В процессе экспериментальных исследований и< пользовались методы: рэнтгенофазозого анализа, термомоханическог анализа и растровой электронной микроскопии. Для определения иэм< нения числа поперечных связей в резинах использовалась методик! основанная на определении равновесной степени набухания в раств< рителе. Деформационно-прочностные и термомеханические свойств эластомеров определяли по соответствующим методикам ГОСТ. Р< зультаты экспериментов обрабатывали с использованием ПЭВМ.

Расчет долговечности эластомериых композиций проводили г уравнению:

(-0,1115 *и0-3,637) и0/ЯТ т = 10 х е

предложенному научным коллективом ИФОХ НАНБ и Ленинграда«« филиала НИИ резиновой промышленности б 1930 году. Энергию вкп вации деструкции розин и0 определяли по температурной зависимое! их разрушающего напряжения.

Результаты эксперимента обработаны статистически и продета, лены в виде таблиц и графиков.

Третья &лзаа. Учпт г.липпип тггдперптуры на снижение долгове» ности эпастомерных композиций. На пераом зтапэ работы была иссл< доаана температурная зависимость разрушающего напряжения эласл мерных композиций о широком интервале температур от 20 до 140 °С узким шагом по оси температур (рис. 1).

При исследовании были использованы аластоыерные композит на основе каучуков с различной структурой молекулярной цопи. Быг исследованы резины на основе индивидуальных каучуков, а также ра личных их комбинаций, причем как стабилизированные, тек и без стаб! лизаторов. ' .

Рис. 1. Температурная зависимость разрушающего напряжения ненаполненных эластомерных композиций:

1 - смесь С1СИ-3 с С1(Д;

2 - СКЭПТ-50; 3 - СКН-26.

и -1-1-р-1-1-1-1--

О 20 40 60 80 100 120 140 Т, "С

Выявлено, что во всех случаях постановки эксперимента данная зависимость не является прямолинейной в исследуемом температурном 1нтервале, а имеет четко выраженный излом при 50-60 °С для каучуков збщего назначения и 60-80 °С для полярных каучуков, что соответствует температуре релаксационного Х-перехода в эластомерах.

Очевидно, что в области температур ^-перехода происходит пере-ггройка структурных элементов, в связи с чем повышается температу-зостойкость резин и значительно замедляется скорость снижения раз-зушагащего напряжения с увеличение«; температуры. Снижение молэ-сулпрной подвижности в твердой фазе после Х-перехода эластомеров 1риоодит к заметному росту энергии активации термоокислительной де-гтрукции в высокотемпературной области (табл. 1).

. Для подтверждения изменения структуры был проведен рентгено-£азовый анализ, который показал, что положенно дифракционных лисов, их число и интенсивность не имеют существенных различий для зсех эластомзроз до и поело Х-перехода. Следовательно, при повышении температуры но меняэтея кристаллическая фаза розин, а всэ изменения, происходящиэ о них, связаны со структурными перестройками аморфной фазы эластомеров.

- При проведении термемзхакмчзс.едго анашзд сылвлеко, что у образцов, предварительно термостатированных при Т > 90 °С, с ростом температуры роззивггатся нззначительныз деформации, что подтпер-эдаат образогзанио а резинах деполтгтельных пепарзчиых езязей рис.2).

Таблица 1

Зависимость энергии активации деструкции и долговечности эластомерных композиций от температуры испытания

Тип Тип Низкотемператур- Высокотемператур-

эластомера стабилизатора ные испытания (20-60 °С) ные испытания (60-140 °С)

и„. «Дж/моль Т25. лет и„, кДж/моль *25. лет

Хлоролреновый каучук Диафен ФП, неозон 100 502 121 11033

СКС-30АРКМ-15 - 88 86 105 1059

СКН-26 - 89 100 . 106 1205

СКН-18СМ . Диафен ФП 97 325 109 1894

СКН-18 Диафен ФП,

неозон, 105 1035 118 7198

п-оксинеозон

СКИ-3 с СКД Ацетонанил Р,

диафен ФП 91 135 127 20722

СКЭП-50 с СКДС - 92 157 122 12823

СКН-26СМ с Ацетонанил Р,

СКЗПТ-50 диафон ФП 97 325 115 4574

Рис. 2. Термоглеханические кривые для резины на основе СКМС-ЗОАРКМ-15: 1 - исходный образец; 2 - образец, термостатированный при Т<50°С; 3 - образец, термостатированный при Т>90 °С.

Этот вывод хорошо согласуется с полученными данными по изме кению числа поперечных химических связей в резинах. Образцы, разо-

рванные при 25 °С, во всех случаях имели меньшее число поперечных связей, чем образцы, подверженные разрыву при 100 °С (табл. 2).

Таблица 2

Изменение концентрации поперечных связей в резинах при воздействии на них температурно-силового поля

Тип эластомера Тип вулканизующей группы Количество поперечных связей в 1-см5 вулканизата, х 1019

Тиот = 25 иС Т»сп = юо иС

СКС-ЗОАРКМ-15 Сера, альтакс, ДФГ 25,6 35,0

СКН-26 Сера, каптакс 1,6 • 2,0

СКН-18СМ Гексол ЗВ 6,0 8,0

СКН-1В Сера, альтакс, ДФГ 11,5 18,0

СКИ-3 с СКД Сера, сульфенамид Ц 16,0 34,0

Это подтверждается данными, полученными при исследования надмолекулярной структуры образцов методом растровой электронной микроскопии. Из фотографий видно, что в области высоких температур происходит укрупнение кристаллических образований, возникают четко выраженные, упорядоченные структуры, что свидетельствует о протекании процессов структурирования (рис. 3).

а б

Рис. 3. Эпветрокно-имфоскопичзскиэ снимки структуры образца резины иа основэ НК, термостатированного при Т<50°С (а) и при Т>£0°С (б) при увеличении о 500 крзт (а 1 ет 20 т).

Таким образом, под действием темлсратурно-силозого поля п£ температурах выше температуры релаксационного ^-перехода прои ходит изменение структуры резин, возникают дополнительные попере' ные связи, повышается устойчивость резин к термоокислительной дес рукции. Это позволяет сделать вывод о том, что величина энергии акп вации деструкции, найденная по данным высокотемпературных испыт; ний, не может быть использована для расчета долговечности при те?, пературах хранения и эксплуатации, как это принято при стандартнь методах испытания (ГОСТ 86-го года).

Впервые доказана необходимость проведения низкотегиперату| пых испытаний в интервале от 20 °С до температур Х-перехода, когд структура материала не претерпевает существенных изменений до нг чала разрушения, что позволяет получать более низкие значения эне{ гии активации процесса деструкции и, как следствие, более реальны значения долговечности.

Проведенные исследования согласуются с выводами Российско школы академика Н.М. Эмануэля о влиянии молекулярной динамики н химическую кинетику процесса старения полиолефинсз.

Чотоертая ел г. о г. Количественная оценка влияния эксплуатг ционных факторов на долговечность эластогиерных композиций. В рс альных условиях на эластомерный материал действует некоторый кок ллекс внешних разрушающих факторов, что сильно усложняет детаги ное изучение процесса старения.

В соответствии с целью нестоящей работы был проведен ряд экс периментоо и детально изучено влияние на долговечность резин таки важнейших эксплуатационных факторов как: температура, кислоро; озон, УФ излучение и динамические нагрузки. На основании проведеь ных экспериментов были определены деформационно-прочностные п£ кззатели и получены температурные зависимости разрушающего нг пряжения. При всех условиях постановки эксперимента для всех исслг дуемых резин такие зависимости имели линейный характер (рис. 4).

С увеличением интенсивности или продолжительности воздейс" вия того или иного фактора происходит снижение разрушающего нг пряжения, но при этом сохраняется наклон линий, т.е. наблюдается и параллельность. Это свидетельствует о неизменности структурнс чувствительного коэффициента в урагнении Журкоаа-Бартенеза. Слг довательно, исследуемые резины различаются по молекулярной масс без существенных изменений плотности упаковки макромолекул.

Рис. 4. Температурная зависимость разрушающего напряжэ-ния резин на осноае НК, подвергнутых озонированию: 1- исходный образец; 2 - концентрация озона 5x10"4 об.%; 3 - концентрация озона 10"3 об.%; 4 -кон^нтрация озона 10 2 об.%.

О 50 100 Т/С

Таким образом.спергип ахтивсцни тормоокислитзлыюй деструкции является критериальным параметром, отражающим степень протекания деструктивных процессов в зластомзрном материала под действием различных факторов.

При изучении влияния на долговечность разрушающих фактороэ было исследовано как раздельное, так и последовательно наложениэ одного фактора на другой (табл. 3). Анализ данных показал, что общая потеря долговечности резин при совместном воздействии разрушающих фастороз равна сумме потерь долговечности при раздельном воздействии, то есть соблюдается принцип сложения дояэй разрушения при учэ-те мисгсфакторного воздействия на резину.

Таблица 3

Влияния эксплуатационных факторов на долговечность рззин

Тип Тип Концентрация и0. Т25. ЛТ25,

эласто- разрушающего или ерэмл воздействия кДж'г/олъ лат %

мера фактора фактора

- - 59 418 0

СКИ-З Озон 5Х10"4 об.% 56 231 32

с сад УФ излучения 100 чпс. 97 310 га

Озон, затом 5x10" сб.%,

УФ излучение 100 чао. 93 170 63

та 120

80

40

Таким образом, на основании проведенных исследований показа но, что разработанный метод, в отличие от известных методов, позво плат через понижение параметра энергии активации деструкции учиты ватъ совокупность эксплуатационных факторов, воздействующих на ре айну, путем вычитания соответствующих долей разрушения и, таким об разом, прогнозировать реальные сроки службы резины в условиях хра нэния и эксплуатации.

В дополнение к ускоренным испытаниям е работе было проведенс климатическое старение шинных резин (в течение одного сезона и в те чениз одного года), рассчитаны энергия активации деструкции и долго вечности этих резин. Электронно-микроскопическое исследование над молекулярной структуры образцов резин показало, что наблюдаемы« изменения структуры рэзин под воздействием атмосферных факторог хорошо коррелируют с понижением их разрушающего напряжения I анергии активации деструкции и согласуются с изоестным положением ( том, что укрупнение кристаллических образований в полимерных мате риалах при неизменной степени кристалличности сопровождается по мижением их прочности.

Разработанный метод определения долговечности зластомерны; композиций прошел опытную проверку на Уральском электрохимиче ско.и комбинате Министерства атомной энергетики Российской Федера ции. г.Новоуральск (резины дпл вакуумных уплотнителей); на АО «Курск резинотохника» (стабилизированные эластомерные композиции для рз зинотехпичесхих деталей); на ОАО НИИ Резиновых покрытий и изделий г. Сают-Пэтербург (магнитные зластомзрные покрытия); на русско германском СП АО "РОТТЕХ" (резины для магнитно-терапеатичоски: лпетозых аппликаторов); на БШК «Белшинз», г. Бобруйск (шинные рэ зины); на ОАО "Беларусь рззтютахника", г. Бобруйск (рукаоныа резин;, дпятазовой соарки и резки металлов).

Расчет долговечности для СП Ар "РОТТЕХ" (г. Санкт-Петербург) Энергия активации тсрмооиислигельной деструкции: В к 1п(т^/т0) = 325 • 8,31 10"* 1п (5,69/10й) = 78 кДж/моль.

Долговечность при хранении при комнатной температуре » 25 °С: т25 = 10№1115'и^'037) к о 24 годе.

Долговечность при эксплуатации при температура тола челосекг: гзг - 10<-С."^ио-З.С07> к 0 иож.310^ 7 лот>

выводы

1. Установлена зависимость энергии активации термоокислитель-чой деструкции и0 эластомерных материалов от температуры процесса. Покасано, что независимо от химического строения каучука и рецептуры эластомерной композиции о области релаксационного Х-перехода (50-00 'С) наблюдается изменение кинетики деструкции резин, проявлением <оторого является замедление скорости снижения разрушающего напряжения с увеличением температуры.

2 Методами РФА, ТМА, растровой электронной микроскопии и путем расчета числа поперечных химических связой макромолекул каучука зпервые показано протекание существенных структурных перестроек о эезинах под аоздейстсием темпоратурно-силопого поля в области X-терехода. Установлено при этом, что упорядочение структурных элэ-иентов в аморфных областях эластомерных материалов и дополнительная сшивка макромолекул каучука приводят к существенному возрастанию энергии активации деструкции резин.

3. Доказана неправомочность использования значений энергии активации деструкции Ц), полученных при высокотемпературных испытаниях, для расчетов долговечности эластомерных материалов при более низких температурах их эксплуатации. Показано, что такая процедура, тринятая в тестированных методах оценки долговечности резин, лриво-;ит к искусственному завышению долговечности в десятки и сотни раз и нереальным значениям гарантийных сроков их эксплуатации. Обосно-зано проведение низкотемпературных испытаний резин, при которых не фоисходит существенных изменений в исходной структуре материала, /скорение деструктивных процессов достигается за счет дополнительного наложения поля растягивающего напряжения ка образец зласто-лерного материала.

4. Установлено, что параметр и<> является высокочувствительным только к химическому строению, составу и структуре резин, но и к

разрушающим факторам, действующим на" Материал э процессе зке-шуатации: теплу, озону, УФ излучению, циклическим нагрузкам. Коли-юственно оценено снижение параметра и0 и долговечности розин под юздействием эксплуатационных факторов.

5. Показано, что суммарная потеря долговечности резин при по-следосательном воздействии на них нескольких разрушающих фактороо раана суммо потерь долговечности, обусловленных действием каждого фастора с отдельности (принцип сложения долей разрушения) Существование этого принципа открывает возмохсность учета влияния отдельных разрушающих факторов при их комплексном воздействии на эла-стомерныа материалы и позволяет целенаправленно варьировать рецептуру зластомзрной композиции с целью увеличения долговечности материала.

6. Установлено, что при воздействии эксплуатационных факторои на резины структурно-чувствительный коэффициент в уравнении Жур-коса-Бартенева не меняется. Это указывает на снижение молекулярном массы каучукоа без заметных изменений плотности упаковки их макромолекул.

7. Разработанный экспресс-мэтод отличается быстродействием у низкой материалоемкостью. Использование данного г^отодэ позволяет сокращать срс;<и, экономить материалы и знергоросурсы при создание новой конкурентоспособной продукции.

CflHCOK ПУБЛИКАЦИЙ

1. Прокопчук Н.Р., Кудинооа Г.Д., Асловская O.A. Оценка долговзч ности шинных разин экспресс-методом при озонировании и УФ облучении // Сырье и материалы для резиновой промышленности. На стоящее и будущэе: Тоз. докл. Второй Ррссийской научно-прзст. конф резинщиков. - Москва, 1095. - С. 127-128;

'2. Прокопчук Н.Р., Кудинооа Г.Д., Аслозская O.A. Иссладовани! влияния циклических деформаций и озона на долгосачность рззин I Сырье и материалы для резиновой промышленности. Нзстолщоо и бу дущоо: Тоз. докл. Третьей Российской нсучмо-прзэт. конф. резинщиков. Мосхва, 19Э8. - С. 259-260;

3. Прокопчук Н.Р., Кудинова Г.Д., Асловская O.A., Гугович C A Оцонка долговечности шинных роз>;>: гкслргсс-t:столом при езонировз нии и УФ-сблучежш // Сб. Труды БГТУ, сор. Хсмил к 5сиг,шч£сяая техно потея. - Минск: БГТУ. 1036, вып. 3. - С. £3 -100;

4 Прокопчук H Р , Кудинова Г Д., Асловская O.A., Гугоаич С.А. Исследование влияния циклических деформаций и озона на долговечность резин // Сб Труды БГТУ, сер. Химия и химическая технология. - Минск: БГТУ.1996, вып. А. - С 76-81;

5 Прокопчук H P., Кудинова Г.Д., Асловская O.A., Гугович С.А. Разработка метода оценки реальной долговечности резин при воздействии внешних факторов // Каучук и резина. - 1996, № 4. - С. 25-28;

6 Асловская O.A., Кудинова Г.Д., Паплевко И.Г., Прокопчук Н.Р. Экспресс-метод прогнозирования долговечности резин II Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии: Тез. докл. Второй междунар. нлучно-техн. кснф. - Гродно, 1996. - С. 212;

7 Прокопчук Н.Р., Кудинова Г.Д., Аслозская O.A. Исследование влияния теплового старения на снижение долговечности розин II Сырьо и материалы для резиновой промышленности. Настоящее и будущее: Тез докл Четвертой Российской научно-практ. конф. резинщиков. - Москва, 1997 - С. 158-159;

8. Прокопчук Н.Р., Кудинова Г.Д., Асловская O.A., Гугович С.А. Исследование влияния циклических доформпций и озона нэ долговечность резин // Каучук и резина. - 1997, № 4. - С. 27-29;

9. Асловская O.A., Прокопчук Н.Р., Кудинова Г.Д. Сразнительная оценка долговечности автомобильных шин с учзтом плиянил эксплуатационных факторов //С5. 0-го Междунгр. симпозиума «Проблемы шин и резинокордных композитов», 1997, - С. 39-41;

10. Асловская O.A., Прокопчук Н.Р., Кудинова Г.Д., Паплевко И Г. Влияние эксплуатационных факторов на долгоосчность автомобильных шин II Материзлы, технологии, инструмент. - 1993, Гй 1. - С. 38-40;

11. Асловская O.A., Прскспчуя Н.Р., Кудиисва Г.Д., Жиженко Г.А., Мацкевич Д.В. Влияние атмосферного старения недолговечность эла-стоморных композиций И Восц) HAH Eencpyci, сср. физико-тохн. наук, -1993, Нэ 2.-С. 7-11; -

12. Решение на выдачу патента РБ по заявка Мэ SS1195 от 31.12.98. Способ определения дслгоаачнсстл оластомерных композиций I Прокопчук Н.Р., Кудиноза Г.Д* Аслсэскзя O.A., Гугосич С.А., Паплозко И. Г.

н>

РЭЗЮМЕ

АСЛОУСКАЯ Аксана Анатольеуна

ТЭРМАК1НЕТЫЧНЫ МЕТАД ПРАГНАЗАВАННЯ ДАУГАВЕЧНАСЦ1 ЭЛАСТАМЕРНЫХ КАМПА31ЦЫЙ

^ ЭЛАСТАМЕРНЫЯ КАМПА31ЦЫ1, МЕТАД ПРАГНАЗАВАННЯ ДАУГАВЕЧНАСЦЬ, СТРУКТУРА ГУМАУ, ЭНЕРГ1Я АКТЫВАЦЬ ДЭСТРУКЦЫ1, ЭКСПЛУАТАЦЫЙНЫЯ ФАКТАРЫ.

л

Аб'ект даследавання - эластамерныя кампазщьн на аснове кауч^ кау з рознай структурай малекулярнага ланцугу.

Мэта работы - распрацоука ф1з1ка-х1м1чных асноу экспрэс-метад прагназавання рзальнай даугавечнасц1 эластамерных кампазщый любе га саставу, на яюя уздзейннаюць важнейшыя эксплуатацыйныя факте ры.

Выяулена залежнасць энергй актывацьи тэрмааюгляльнай дзет рукцьи ад температуры працэсу. Паказана, што незалежна ад х1м1чна будовы каучуку 1 рэцэптуры эластамернай кампазщьм у межах рэлаксг цыйнага Х-пераходу наз1раецца змяненне кжетык1 дэструкць» гумау. А€ грунтавана правядзенне выпрабаванняу гумау у прамежку тэмперату ад 20 °С да температур рэлаксацыйнага 1-пераходу зластамерау I пр; дадатковым уздзеянж поля расцягальнага напружання, г.зн. ва уиова) яюя забяспечваюць ласкораныя выпрабаванж у адсутнасц1 змяненн зыходнай структуры матзрыялу.

Паказана, ияо знерпя актывацьи термаакюляльнай дэструкць з'яуляецца крытзрыяльным параметрам, як! адлюстроувае ступень прг ходжання дэструктыуных працэсау у эластамерным матэрыяле пад уз/ геянем разбуральных фактарау. Праведзена колькасная аценка уздзе яння на даугавечнасць эластамерных кампазщый цяпла, азон} ультраф1ялетавага оыпраменьвання, цыклмных дэфармацый. Даказан празамоцнасць лрымянення прынцыпу складання частак разбурзнн пры ул1ку сумеснага уздзеяння розных фактарау.

Прапанаваны I тэарэтычна абгрунтавакы метад прагназавання р: альнай даугавечнаоу эластамерных кампазщый.

Распрацазаны метад устанаулення даугавечнасц1 укарэнены у ш: рагу прадпрыемствау (НД1 Беларуа, а таксама Раайскай Федэрацьп.

РЕЗЮМЕ АСЛОВСКАЯ Оксана Анатольевна

ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

ЭЛАСТОМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИИ, МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ, ДОЛГОВЕЧНОСТЬ, СТРУКТУРА РЕЗИН, ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ ДЕСТ-ЭУКЦИИ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ.

Объект исследования - эластомерные композиции на основе кау-нуков с различной структурой молекулярной цепи.

Цель работы - разработка физико-химических основ экспресс-метода прогнозирования реальной долговечности эластомерных компо-)иций любого состава, подвергаемых воздействию важнейших эксплуатационных факторов

Установлена зависимость энергии активации термоокислительной деструкции от температуры процесса. Показано, что независимо от химического строания каучука и рецептуры эластомерной композиции о рбласти релаксационного Х-перехода наблюдается изменение кинетики деструкции резин. Обосновано проведение испытаний резин в интерва-1е температур от 20 °С до температур релаксационного Х-перехода эластомеров и при дополнительном наложении поля растягивающего на-тряжения, т.е. в условиях, обеспечивающих ускоренные испытания без вменения исходной структуры материала.

Показано, что энергия активации термоокислительной деструкции 'вляется критериальным параметром, отражающим степень протекания деструктивных процессов в эластомерном материале под действием разрушающих факторов. Проведена количественная оценка влияния на долговечность эластомерных композиций тепла, озона, ультрафиолото-зого излучения и циклических нагрузок. Доказана правомочность лриме-<ения принципа сложения долей разрушения при учете совместного действия различных фактороо.

- Предложен к теоретически обоснован метод прогнозирования ре-¡льной долговечности эластомерных композиций.

Разработанный метод определения долговечности внедрен на ря-предприятий и НИИ Беларуси, а такаш Российской Федерации.

SUMMARY

ASLOVSKAJA Oksana Anatol'evna

THE THERMOKINETIC METHOD OF PROGNOSTICATION OF LONGEVITY OF THE ELASTOMERIC COMPOSITIONS

ELASTOMERIC COMPOSITION, METHOD OF PROGNOSTICATION, LONGEVITY, STRUCTURE OF THE RUBBER, ENERGY ACTIVATION OF DESTRUCTION. EXPLOITATIONAL FACTORS.

The object of investigation is elastomeric compositions on the basis of rubber with various structures of the molecular line.

The aim of the work is development of physic-chemical foundations of express-method of prognostication of real longevity of the elastomeric compositions for any compound, which expose to influence of important factors of exploitation.

There was made dépendance between the energy activatiorrof thermo-oxidizing destruction and tho température of process. It is shown that independently of chemical structure of rubber and compound of elastomaric compositions in tho field ¿.-change of relaxation is observed the change of kinst-ico of destruction of rubber. The realization of tho test of rubber in the interval of temperatures from 20 °C to temperatures A.-change of relaxation of elastomers and with additional attaching of field of the stretch strain is motivated, i.e. in tho conditions which guarantee accelerating tests without tho changa of the initial structure of materia!.

It is shown that energy activation of.thermo-oxidizing destruction is a critorional parameter which reflect the degree of tho clasping of processes of destruction in tho elastomeric compositions into effect of destructional factors. Thoro was determined influence of heat, ozone, ultra-violet radiation, cycling for longevity of elastomeric compositions. There was demonstrated competence of application principle of addition parts of destruction by taking into account combined influence of various factors.

This v.'û.I; citero lho theoretics!!-/ motivated method oi prognostication of real longevity oi tho cîastorr.aric coîripociiiona.

Devised method of prognostication of longevity is developed in the £>'> rise at tho cntcrpriisi and Sil i.i tho Republic c1 Bsterus cr.d In Ruccia.