Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Композиционные материалы на основе бутадиен-стирольных каучуков
Никулин С. С., Пугачева И. Н., Черных О. Н.,
4. Обработка волокнистых материалов
Перед введением в резиновые смеси волокнистые материалы целесообразно подвергать обработке различными составами. Благодаря такой обработке увеличивается адгезия между эластомером и волокном, облегчается введение волокна в резиновые смеси и улучшается их распределение в среде эластомера.
Способы и составы, используемые для обработки армирующих текстильных материалов и волокнистых наполнителей, имеют много общего.
Способы повышения адгезии между волокнами и эластомерами, хорошо известны в резиновой промышленности и в основном сводятся к обработке текстильных материалов пропиточными составами [39] или к введению в резиновые смеси адгезионных веществ, способных вступать во взаимодействие в процессе вулканизации с эластомером и волокнообразующим полимером (так называемый «беспропиточный» способ крепления) [40].
Пропитка наполнителей - процесс, при котором состав на основе жидкого полимерного связующего проникает в поры и капилляры наполнителя. Для пропитки используют растворы, дисперсии и расплавы термопластов и реактопластов, латексы и растворы эластомеров, а также некоторые мономеры и олигомеры. С целью улучшения смачиваемости материалов в пропиточный состав вводят поверхностно-активные вещества. При пропитке волокнистый наполнитель помещают между слоями сетчатых лент, предохраняющих его от деформаций и разрывов [7, 19].
Полиамидные и вискозные волокна обрабатывают обычно латексно-смоляными пропиточными составами на основе натурального латекса и водных дисперсий синтетических эластомеров. При этом наличие в молекулах эластомеров активных функциональных групп (карбоксильных [41], пиридиновых, метакриламидных, эпоксидных и других) способствует повышению адгезии резин к этим волокнам. Важной составной частью пропиточных составов являются синтетические смолы, так как без них не обеспечивается необходимый уровень прочности связи. Наибольшее распространение получили водорастворимые резорцинформальдегидные смолы [42].
В работе [43] было исследовано влияние модифицирующих добавок и предварительной обработки поверхности базальтового волокнистого наполнителя (БВН) полимерным латексно-резорцинформальдегидным (ЛРФ) связующим на свойства резин. Поверхность БВН обрабатывали водной дисперсией полимерного связующего в смесительной емкости с последующей фильтрацией, сушкой и кратковременной термообработкой. Исследование методом электронной микроскопии показало, что 10 - 20 % полимерного покрытия к массе волокна полностью изолирует волокна друг от друга. Это уменьшает возможность их перетирания при введении в резиновую смесь и приводит к повышению прочности при растяжении вулканизатов из РВК, а также покрытые волокна не выдергиваются из эластомерной матрицы при разрыве вулканизатов.
Первоначальные попытки повысить адгезию к коротким волокнам сводились к обработке нитей известными пропиточными составами с последующей нарезкой нитей на требуемые длины. В дальнейшем различными адгезивами (в том числе и латексно-смоляными (ЛРФ) составами) стали обрабатывать предварительно нарезанные до нужных длин волокна.
В настоящее время разработка новых пропиточных составов, позволяющих улучшить свойства волокнистых наполнителей, а следовательно, улучшить свойства резин, является важной и актуальной задачей.
Авторами [43] было изучено влияние низкомолекулярного эпоксидированого цис-полибутадиена (Э-СКДИН) с содержанием эпоксигрупп 10 % мас., как модифицирующего агента для измельченного волокна, на свойства резиновых смесей. В результате исследований было выявлено, что наполнение резиновой смеси модифицированным волокнистым наполнителем несколько улучшает прочностные свойства резин, а сопротивление возрастанию трещин вулканизатов, содержащих модифицированный волокнистый наполнитель, возрастает в 4 раза по сравнению с вулканизатами, содержащими немодифицированный волокнистый наполнитель.
Исследования, направленные на поиск новых пропиточных составов, были проведены и в работе [44]. В ходе эксперимента разработана рецептура пропиточного состава для полиамидного корда, применяемого в производстве авиашин, в которой часть импортного латекса БСВП-15/15 заменялась на латекс СКД-1. Такая замена не приводит к снижению статической и динамической прочности связи корда с резинами, снижает образование налипов при пропитке корда, тем самым, улучшая прессовку при обрезинивании корда.
В работе [45] представлены закономерности диспергирования полиамидного волокна с различной исходной длиной в процессе приготовления РВК. Скорость диспергирования волокон в процессе приготовления РВК определяется исходной длиной волокна. Отмечено, что интенсивность измельчения более длинных волокон выше, чем коротких. Установлено, что использование адгезионно-активной модифицирующей добавки - резотропина приводит к повышению константы скорости диспергирования волокна [7, 19].
Общеизвестно, что использование коротких волокон в эластомерах позволяет значительно повысить модули и твердость резин. Однако прочностные и динамические свойства их при этом ухудшаются вследствие низкой адгезионной прочности системы волокно - эластомерная матрица. Целью исследований [46] являлась оценка эффективности модификации короткого волокна олигодиенами с эпоксидными группами. Исследования показали, что при растяжении резин, наполненных волокнами, адгезионная прочность увеличивается практически линейно с ростом концентрации волокна. Модификация короткого волокна олигомером СКДН-НЭ в условиях сдвиговых напряжений меняет характер зависимости адгезионной прочности от концентрации волокна, значительно повышая адгезионную прочность в системе. Анализ физико-механических показателей вулканизатов показал, что применение в протекторных резинах короткого волокна, модифицированного СКДН-НЭ, обеспечивает улучшение прочностных и усталостных характеристик. Следует отметить, что с повышением количества эпоксигрупп в олигодиене прочностные свойства и износостойкость резин повышаются, а относительное удлинение при разрыве и усталостная выносливость изменяются по экстремальным зависимостям с максимумом в области содержания эпоксигрупп в количестве 10 - 15 % масс.
Обработка специальными препаратами измельченных синтетических волокон позволяет снизить их комкуемость. В качестве модифицирующего вещества для обработки волокон асбеста и хлопка рекомендован олеат магния [47]. Известен способ модифицирования целлюлозных волокон путем обработки растворами кислот с последующей нейтрализацией и активизацией поверхности волокон стеариновой кислотой. Способ получения волокнистого наполнителя из древесины твердых пород позволяет использовать остающийся в волокнах, кроме целлюлозы, лигнин в качестве агента, облегчающего взаимодействие частиц наполнителя с каучуком [19].
Многие адгезивы способны к химическому воздействию с компонентами древесины, в частности, с лигнином взаимодействуют фенолформальдегидные смолы [48].
Процесс получения обработанных волокнистых наполнителей из волокон древесной целлюлозы, как отмечают авторы патента [86], сочетает в себе основы технологии бумажной и резиновой промышленности. Волокна целлюлозы из древесины твердых пород обрабатывают латексом в присутствии адгезионных добавок.
Для уменьшения слипания волокон друг с другом их обрабатывают смачивающими агентами, в качестве которых применимы, по мнению авторов [49], такие обычные компоненты резиновых смесей, как пластификаторы, агенты, повышающие клейкость, техуглерод, кремнекислые наполнители. Эффективными смачивающими агентами могут служить воск, аппреты бумаги, не растворимые в воде органические амины и пр. В качестве пластификаторов целлюлозы, препятствующих разрушению волокон при переработке резиновых смесей, используется глицерин либо вода, оставшаяся в волокнистом наполнителе после обработки латексным составом и последующей сушки.
Из сказанного следует, что в настоящее время изготавливаются и применяются в резиновых изделиях различные виды волокнистых наполнителей. Применение дешевых отходов волокнистых материалов ограничено трудностями введения их в резиновые смеси. Поэтому является целесообразным расширение ассортимента пропиточных составов для улучшения свойств наполнителей.