Высокоактивный оксид магния в производстве гермослоя пневматических шин

Высокоактивный оксид магния в производстве гермослоя пневматических шин

20 янв 2021

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.

Brucite+ выпускает две марки высокоактивного оксида магния, применяющиеся как акцептор кислот и замедлитель подвулканизации в производстве резинотехнических изделий на основе галогенсодержащих каучуков.

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 152 125 155
Таблица 1. Характеристики выбранных для опыта оксидов магния

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
Таблица 2. Промышленная рецептура резин гермослоя пневматических шин на основе бромбутилкаучука

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
Таблица 3. Вулканизационные характеристики резиновых смесей при 160°С в течение 60 минут

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
Таблица 4. Физико-механические свойства вулканизатов (вулканизация 20 минут при 160°С)

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
Таблица 5. Физико-механические свойства вулканизатов после старения 120 часов при 125°С

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.

Другие статьи
Подробнее
20 апр 2021
Решение проблем коррозии канализационных систем и выделения сероводорода
Проблема коррозии канализационных систем в некоторых регионах стоит особенно остро. Как правило, это результат механического и химического факторов.
Решение проблем коррозии канализационных систем и выделения сероводорода