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.,

9. Оценка межфазного взаимодействия полимер-волокна при различных приемах их совмещения на стадии выделения эмульсионного каучука

Важным показателем для оценки свойств получаемых композитов является присутствие или отсутствие межфазного взаимодействия матрицы каучука (резины) с поверхностью волокнистого наполнителя, вводимого на стадии выделения каучука из латекса.

С целью оценки проявления межфазного взаимодействия добавок вискозного волокна с матрицей каучука исследовали кинетику набухания вулканизатов на основе бутадиен-стирольного каучука (БСК) в разнополярных растворителях.

Оценивали межфазные взаимодействия по равновесной степени набухания (a_max) и константе скорости набухания образцов (k, ч^-1) вулканизатов, содержащих вискозный наполнитель, в таких растворителях как н-октан, толуол, хлороформ (табл. 34).

Независимо от природы растворителя значимого влияния содержание волокна в интервале от 0,3 до 0,7 масс. % на a_max не обнаружено. С увеличением полярности растворителей: октана с параметром растворимости (ρ_окт) - 15,4; толуола (ρ_тл) - 18,2 и хлороформа (ρ_хл) - 18,8 (МДж)^0,5×(м^-1,5) [96], а также независимо от содержания волокна установлен рост a_max с 154 ÷ 168 до 312 ÷ 360 и 614÷675 масс.%. Наибольшая a_max БСК - вулканизата с волокнистым наполнителем в хлороформе указывает на увеличение полярности вулканизата и на приближение его параметра растворимости к ρ_хл=18,8, против 17,4 (МДж)^0,5×(м^-1,5) для исходного БСК, по причине присутствия волокна и появления вулканизационной сетки.

Таблица 34

Влияние природы растворителя, размеров и  содержания добавоквискозного волокна на степень (a_max, %) и скорость (k, ч^-1) набухания
вулканизатов на основе БСК

Кажущаяся движущая сила величина a_max не оказывала влияния на скорость набухания. Различие в термодинамической совместимости растворителей и БСК- вулканизата с волокном определила его скорость набухания.

Для системы «БСК - вулканизат - октан» с большей величиной β=(ρ_{полимера} - ρ_{растворителя})² [96, 97], составляющей 4 - 12 (МДж)×(м^-3) выявлена меньшая скорость набухания (величина k=0,93 - 1,19 ч^-1), а для системы «БСК - вулканизат - толуол (или хлороформ)» с меньшей b = 0,4 - 2,0 (МДж)×(м^-3) скорость набухания увеличилась (k=1,07 - 1,43 ч^-1).

Для вискозных волокон значимого влияния их содержания и размера на скорость набухания не установлено, по-видимому, по причине слабого межфазного взаимодействия, граничных слоев из-за больших различий в ρ_БСК и ρ_{вискоза}=31,9 (МДж)^0,5×(м^-1,5), где  b=(ρ_БСК - ρ_{вискоза})² »170 - 210.

Для вулканизатов, содержащих капроновый наполнитель также оценивали межфазные взаимодействия по равновесной степени набухания (a_max) и константе скорости набухания образцов (k, ч^-1) в растворителях (табл. 35).

С увеличением полярности растворителей: октана с параметром растворимости (ρ_окт)-15,4; толуола (ρ_тл)-18,2; хлороформа (ρ_хл) -18,8 (МДж)^0,5×(м^-1,5), а также независимо от содержания волокна установлен рост a_max с 120 ¸ 140 до 243 ¸ 276 и 514 ¸ 550 % масс. Наибольшая a_max БСК - вулканизата с волокнистым наполнителем в хлороформе указывает на увеличение полярности вулканизата и на приближение его параметра растворимости к ρ_хл = 18,8 против 17,4 (МДж)^0,5×(м^-1,5) для исходного БСК, по причине присутствия добавок волокна и вулканизационной сетки [98].

Кажущаяся движущая сила величина a_max не оказывала влияния на скорость набухания.

Таблица 35

Влияние природы растворителя, размеров и  содержания добавок

капронового волокна на степень (a_max, %) и скорость (k, ч^-1) набухания

вулканизатов на основе БСК

Различие в термодинамической совместимости растворителей и БСК - вулканизата с волокном определила его скорость набухания. Для системы                      «БСК - вулканизат - октан» с большей величиной b=(r_{полимера} - r_{растворителя})², составляющей 4 - 12 (МДж)×(м^-3) была характерна меньшая скорость набухания (величина k=0,97 - 1,54 ч^-1) [98], а для систем «БСК - вулканизат - толуол (или хлороформ)» с меньшей b=0,4 - 2,0 (МДж)×(м^-3) скорость набухания увеличилась (k=0,84 - 2,25 ч^-1).

Увеличение скорости набухания в хлороформе с ростом содержания капронового волокна с 0,3 до 0,7 % масс., по-видимому, объясняется «эффектом проводимости» создаваемым граничным слоем «БСК - вулканизат - капрон» состоящим, по-видимому, из продуктов взаимодействия модифицированной поверхности полиамида (r_ПА = 27,8 (МДж)^0,5×(м^-1,5)) с полярными низкомолекулярными соединениями содержащимися в резине (например, жирными и абиетиновыми кислотами) по ониевому механизму [98], вследствие высокого вклада водородных связей в присутствии хлороформа [97].

Для толуола с малым вкладом водородных связей выявлено снижение скорости набухания при увеличении содержания волокон капрона в результате проявления барьерных свойств граничными слоями с высокой полярностью.