Введение волокнистых наполнителей в резиновую смесь положительно влияет на ряд специальных свойств. Например, для повышения сопротивления истиранию и стойкости к действию химически агрессивных сред, жесткости и т.д. [1] Одним из распространенных волокнистых наполнителей применяемых для разработки ЭВК являются углеродные волокна (УВ). Однако, УВ обладают химической инертностью и имеют гладкую неразвитую поверхность, что обуславливает недостаточную прочность связи между УВ и эластомерной матрицей и, как следствие, приводят к снижению усиливающей способности [2-4].

Для повышения адгезии волокон к матрице и улучшения распределения в эластомерной смеси в состав композиции вводят специальные химические добавки или проводят предварительную поверхностную модификацию волокна специальными составами. В представленной работе приведены результаты исследования влияния малого количества углеродных волокон, в том числе и с модифицированной поверхностью на свойства вулканизатов на основе промышленной резины В-14. Модифицирование поверхности волокон проводилось способом каталитического пиролиза углеводородов на нанесенных частицах катализатора в Институте катализа СО РАН. Для исследования влияния углеродных волокон на свойства резины В-14 изготовлены резиновые смеси лабораторных вальцах Polymix 110L фирмы «Брабендер» (Германия) [5-7].

Исследование физико-механических свойств вулканизатов показало, что введение углеродных волокон повышает физико-механические показатели резины (Табл.1). Установлено, что при добавлении углеродного волокна в резину В-14 относительное удлинение при разрыве повышается. В таблице видно, что у модифицированных углеродным волокном композитов условная прочность выше, по сравнению с исходной резиной В-14.

Установлено, что при добавлении 0,05 массовых частей волокна твердость по Шору А уменьшается, при 0,1 и 0,5 м.ч. твердость по Шору А увеличивается. Разброс данных степени набухания в среде СЖР-3 можно объяснить неравномерностью распределения углеродных волокон в эластомерной матрице.

Исследование износостойкости эластомерных композитов показало, что у эластомерных композитов с углеродным волокном массовый износ ниже, чем у исходной резины. Наименьший износ наблюдается у композита с 0,1 м.ч. модифицированного углеродного волокна.

   Таблица 1

Свойства эластомерных композитов на основе промышленной резины В-14

Свойства	Композиты на основе резины В-14 и углеродного волокна (В скобках указаны м.ч. волокна на 100 м.ч. резины)
	1	2(0,05)	3(0,1)	4(0,5)	5(0,05)	6(0,1)	7(0,5)
ɛр, %	215,1	256,3	231,4	237,4	242,4	245,0	223,3
f, МПа	8,8	9,4	8,9	9,1	9,1	9,3	9,0
Н, Шор А	74	74	75	74	74	74	75
∆Q, %	1,28	1,16	0,87	1,46	1,38	1,27	0,7
∆m, г	0,247	0,197	0,200	0,208	0,196	0,208	0,214
Изменение свойств после выдержки в СЖР-3 при Т=100о С в течение 72ч.
ɛр, %	-7,4	-14,0	-11,4	-26,7	-17,1	-23,5	-22,7
f, МПа	+4,0	+0,9	+3,9	-2,3	+2,3	-0,4	+2,1
∆Н	-3,4	-4,4	-4,5	-3,7	-3,7	-4,2	-4,0
Изменение свойств после выдержки на воздухе при Т=100оС в течение 72ч.

ɛр, %	-42,2	-47,6	-44,6	-50,5	-43,4	-41,2	-40,0
f, МПа	+29,7	+24,5	+26,3	+29,6	+22,0	+23,4	+25,1
∆Н	+10,5	+11,0	+9,5	+11,0	+10,0	+10,2	+10,5

ɛр, %- относительное удлинение при разрыве; f,  МПа- условная прочность при разрыве;  Н,  Шор А- твердость по Шору А; ∆Q, %- степень набухания в среде СЖР-3, ∆ɛр, % - изменение относительного удлинения при разрыве после выдержки; ∆f, МПа- изменение условной прочности при разрыве после выдержки; ∆Н, Шор А (усл. ед.) – изменение твердости по Шору А после выдержки.

 В Табл.1 также приведены результаты исследования эластомерных композитов после выдержки на воздухе и в среде агрессивной жидкости СЖР-3. Видно, что прочность при разрыве у образцов с углеродными волокнами после выдержки в среде СЖР-3 меньше, т.е. введение волокон  привело к улучшению агрессивостойкости. Однако, изменение относительного удлинения при разрыве при введении волокон становится больше. Твердость по Шору А меняется незначительно. Исследование свойств после термического воздействия при 100оС в течение 72 ч. показало, что образцы с модифицированным углеродным волокном более термостойкие и лучше сохраняют свои свойства.

Исследование структуры эластомерных композитов показало, что на поверхности модифицированного волокна наблюдается слой эластомера (Рисунок 1б), что является признаком повышенной адгезии.

 

Выводы:

1.      Установлено, что введение в резину В-14 углеродного волокна (УВ) приводит к повышению относительного удлинения до 40%. Прочность при разрыве меняется незначительно.

2.     Установлено, что при введении углеродного волокна в эластомерную матрицу в количестве 0,05, 0,1 и 0,5 м.ч. твердость по Шору А не меняется, а износостойкость эластомерных композитов повышается.

3.     Установлено, что введение углеродных волокон положительно влияет на термическую стойкость резины В-14. После термического воздействия при 100оС в течение 72 ч., образцы с модифицированным углеродным волокном лучше сохраняют свои свойства.

4.     Структурное исследование образцов эластомерных композитов показало, что применение модифицирования поверхности углеродных волокон повышает адгезию между волокном и эластомерной матрицей, что приводит к улучшению свойств.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-33-60070 «Исследование влияния наполнителей на деформационные свойства полимерных композиционных материалов в нанометровом диапазоне» и ГЗ №11.512.2014/К «Разработка технологий создания структурированных полимерных композитов с адаптивными к условиям эксплуатации свойствами».

Список литературы

1.     Резниченко С.В., Морозова Ю.Л. Большой справочник резинщика. Ч. 1. Каучуки и ингредиенты. –М.: ООО

«Издательский центр «Техинформ» МАИ», 2012, 673 с.

2.     Wu W.L., Li J.K. Study on Carbon Fiber Reinforced Chloroprene Rubber Composites. Advanced Materials Research, 2014, vol. 1052, pp. 254-257.

3.     Жарова И.В., Ягнятинская С.М., Воюцкий С.С. Свойства и области применения резин, наполненных короткими волокнами. Каучук и резина, 1977. №3, с.33-35.

4.     Никулин С.С., Пугачева И.Н., Черных О.Н. Композиционные материалы на основе бутадиен-стирольных каучуков. –М.: Академия Естествознания, 2008,

5.     Соколова М.Д., Шадринов Н.В., Дьяконов А.А. Исследование распределения сверхвысокомолекулярного полиэтилена в полимерэластомерном композите. Научный журнал КубГАУ, 2013, №89(05), http://ej.kubagro.ru/2013/05/pdf/08.pdf.

6.     Шадринов Н.В., Капитонов Е.А. Влияние активации технического углерода на свойства бутадиен- нитрильной резины. Перспективные материалы, 2014. №8, c. 50-56.

7.     Соколова М.Д., Давыдова М.Л., Шадринов Н.В. Технологические приемы, обеспечивающие повышенную структурную активность цеолита в полимерэластомерных композициях // Каучук и резина – 2010.- №6. -С. 16-20