Введение
Современная пневматическая шина для автомобиля — это уникальное изделие, состоящее из множества деталей и материалов. Для создания современной бескамерной шины применяется множество различных резиновых смесей, каждая их которых состоит из каучуков и разнообразных ингредиентов, призванных придать необходимые свойства данному элементу после сборки и вулканизации шины.
Гермослой пневматической шины — это ключевой элемент, обеспечивающий сохранение давления в шине и, соответственно, отвечающий за безопасность езды.
Для обеспечения требований к сохранению герметичности шины гермослой изготавливается из самого газонепроницаемого каучука — бутилкаучука (IIR), как правило, используется его улучшенная модификация — бромбутилкаучук (BIIR). Так как данный каучук содержит галоген (бром), во время процессов переработки резиновой смеси при высоких температурах будет выделяться бромоводород, являющийся активной кислотой, а также косвенно вызывающий скорчинг (подвулканизацию) резиновой смеси. С целью нейтрализации бромоводорода в рецептуры резин для гермослоя всегда добавляется 0,15-0,50 масс.частей высокоактивного оксида магния, выполняющего функцию акцептора кислот и замедлителя подвулканизации.
Большинство серийно выпускающихся и поставляемых на рынок марок высокоактивного оксида магния являются продуктами синтетического происхождения, получаемые путем химических процессов из различного магнезиального сырья. Сложность производства обуславливает их высокую стоимость.
Продукт под торговой маркой МагПро® 150 — это оксид магния с площадью поверхности 150 м2/г, получаемый путем непрямого обжига измельченного природного гидроксида магния (минерала брусит).
С целью исследования применения оксида магния природного происхождения МагПро® 150 для производства резин гермослоя и возможности замены им синтетических марок была проведена сравнительная работа в независимом немецком институте DIK (Deutsches Institut für Kautschuktechnologie).
Экспериментальная часть
| Название | МагПро® 150 | Конкурент 1 | Конкурент 2 |
|---|---|---|---|
| Описание |
Природный оксид магния |
Синтетический оксид магния |
Синтетический оксид магния |
| Содержание MgO, % | 94.8 | 97.0 | 98.2 |
| Содержание CaO, % | 2.34 | 0.95 | 0.80 |
| Содержание SiO2, % | 1.57 | 0.20 | 0.35 |
| Содержание Fe2O3, % | 0.14 | 0.08 | 0.15 |
| Размер частиц D50, мкм | 7.0 | 3.0 | 5.0 |
| ППП при 950°C, % | 7.3 | 7.0 | 8.0 |
| Площадь поверхности, м2/г | 152 | 125 | 155 |
Для испытаний была взята промышленная рецептура резин гермослоя пневматических шин на основе бромбутилкаучука, изменялась только марка оксида магния.
| Ингредиент | Торговая марка |
МагПро® Масс.части |
К 1 Масс.части | К 2 Масс.части |
|---|---|---|---|---|
| Бромбутилкаучук | EXXON 2222 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
| Техуглерод | N660 | 60.0 | 60.0 | 60.0 |
| Нефтяной пластификатор | Vivatec 200 | 8.0 | 8,0 | 8.0 |
| Смесь ароматических и алифатических нефтяных смол | Tudalen 5138 | 7.0 | 7.0 | 7.0 |
| Фенольная смола | Koresin | 4.0 | 4.0 | 4.0 |
| Стеариновая кислота | 2.0 | 2.0 | 2.0 | |
| Высокоактивный MgO | МагПро® 150 | 0.5 | - | - |
| Высокоактивный MgO | Конкурент 1 | - | 0.5 | - |
| Высокоактивный MgO | Конкурент 2 | - | - | 0.5 |
| Оксид цинка | ZnO RS | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| Сера | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
| Альтакс (MBTS) | Vulkacit DM | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| Итого: | 184.5 | 184.5 | 184.5 |
Полученные результаты вулканизационных характеристик резиновых смесей при 160°С в течение 60 минут:
| Обозначение образца | |||
|---|---|---|---|
| Наименование показателя | МагПро® | К 1 | К 2 |
| Минимальный крутящий момент ML, дН∙м | 1.21 | 1.18 | 1.16 |
| Максимальный крутящий момент MH, дН∙м | 5.81 | 5.56 | 5.56 |
| Разница максимального и минимального крутящего момента ΔМ, дН∙м | 4.60 | 4.38 | 4.40 |
| Время подвулканизации Ts2, мин | 1.09 | 0.69 | 0.74 |
| Время увеличения крутящего момента на 25% Tc25, мин | 4.48 | 3.71 | 4.23 |
| Время достижения оптимума вулканизации Tc90, мин | 15.57 | 14.16 | 15.41 |
Из полученных данных видно, МагПро® 150 в рецептуре положительно влияет на вулканизационные характеристики резиновых смесей, сильно увеличивая время до начала подвулканизации по сравнению с синтетическими марками оксида магния.
| Обозначение образца | |||
|---|---|---|---|
| Наименование показателя | МагПро® | К 1 | К 2 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 9.2 ±0.7 | 9.3 ± 0.2 | 8.1 ± 0.4 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 572 ± 46 | 694 ± 15 | 584 ± 33 |
| Модуль при удлинении 100%, МПа | 1.3 ± 0.1 | 1.3 ± 0.1 | 1.3 ± 0.1 |
| Модуль при удлинении 300%, МПа | 4.8 ± 0.1 | 4.4 ± 0.1 | 4.5 ± 0.1 |
| Сопротивление разрыву, кН/м | 14.1 ± 0.4 | 15.1 ± 0.5 | 14.5 ± 0.5 |
| Твердость по Шору А, усл.ед. | 49 ± 1 | 47 ± 1 | 48 ± 1 |
| Усадка после 5 часов при 105°С при 50% удлинении, % | 43.4 ± 0.6 | 47.1 ± 0.3 | 43.9 ± 0.4 |
Полученные значения свойств находятся на одном уровне и показывают, что тип используемого оксида магния практически не влияет на физико-механические свойства резин.
| Обозначение образца | |||
|---|---|---|---|
| Наименование показателя | МагПро® | К 1 | К 2 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 7.7 ±0.3 | 8.0 ± 0.1 | 6.7 ± 0.2 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 435 ± 17 | 526 ± 14 | 410 ± 22 |
| Модуль при удлинении 100%, МПа | 1.8 ± 0.1 | 1.8 ± 0.1 | 1.8 ± 0.1 |
| Модуль при удлинении 300%, МПа | 5.9 ± 0.2 | 5.7 ± 0.1 | 5.6 ± 0.1 |
| Сопротивление разрыву, кН/м | 9.6 ± 0.2 | 10.0 ± 0.2 | 9.6 ± 0.4 |
| Твердость по Шору А, усл.ед. | 53 ± 1 | 51 ± 1 | 51 ± 1 |
| Усадка после 5 часов при 105°С при 50% удлинении, % | 30.2 ± 0.2 | 30.4 ± 0.3 | 29.8 ± 0.9 |
Из данных в таблице видно, что изменение свойств резин, содержащих различные марки оксида магния, после старения 120 часов при 125°С, происходит фактически одинаково и не зависит от типа используемого оксида магния.
Заключение
На основании полученных данных можно сделать вывод, что природный оксид магния МагПро®, произведённый обжигом минерала брусит, по своей эффективности в резинах не уступает широко применяемым синтетическим маркам оксида магния и может использоваться в рецептурах для производства гермослоя пневматических шин.
