Композиционные материалы на основе бутадиен-стирольных каучуков
Никулин С. С., Пугачева И. Н., Черных О. Н.,
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 (amax) 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 amax не обнаружено. С увеличением полярности растворителей: октана с параметром растворимости (ρокт) - 15,4; толуола (ρтл) - 18,2 и хлороформа (ρхл) - 18,8 (МДж)0,5×(м-1,5) [96], а также независимо от содержания волокна установлен рост amax с 154 ÷ 168 до 312 ÷ 360 и 614÷675 масс.%. Наибольшая amax БСК - вулканизата с волокнистым наполнителем в хлороформе указывает на увеличение полярности вулканизата и на приближение его параметра растворимости к ρхл=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 (amax, %) и скорость (k, ч-1) набухания
вулканизатов на основе БСК
Размер и содержание волокон в каучуке, мм/ % масс. |
н - Октан |
Толуол |
Хлороформ |
|||
amax |
k |
amax |
k |
amax |
k |
|
2 / 0,3 |
168 |
-0,93 |
360 |
-1,43 |
675 |
-1,07 |
5 / 0,3 |
162 |
-0,93 |
316 |
-1,43 |
600 |
-1,07 |
10 / 0,3 |
145 |
-0,93 |
294 |
-1,43 |
582 |
-1,43 |
2 / 0,7 |
150 |
-1,19 |
302 |
-1,33 |
590 |
-1,33 |
5 / 0,7 |
154 |
-1,19 |
312 |
-1,33 |
614 |
-1,43 |
Кажущаяся движущая сила величина amax 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=(ρполимера - ρрастворителя)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 ρБСК и ρвискоза=31,9 (МДж)0,5×(м-1,5), где b=(ρБСК - ρвискоза)2 »170 - 210.
Для вулканизатов, содержащих капроновый наполнитель также оценивали межфазные взаимодействия по равновесной степени набухания (amax) и константе скорости набухания образцов (k, ч-1) в растворителях (табл. 35).
С увеличением полярности растворителей: октана с параметром растворимости (ρокт)-15,4; толуола (ρтл)-18,2; хлороформа (ρхл) -18,8 (МДж)0,5×(м-1,5), а также независимо от содержания волокна установлен рост amax с 120 ¸ 140 до 243 ¸ 276 и 514 ¸ 550 % масс. Наибольшая amax БСК - вулканизата с волокнистым наполнителем в хлороформе указывает на увеличение полярности вулканизата и на приближение его параметра растворимости к ρхл = 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 amax не оказывала влияния на скорость набухания.
Таблица 35
Влияние природы растворителя, размеров и содержания добавок
капронового волокна на степень (amax, %) и скорость (k, ч-1) набухания
вулканизатов на основе БСК
Размер и содержание волокон в каучуке, мм/ % масс. |
н - Октан |
Толуол |
Хлороформ |
|||
amax |
k |
amax |
k |
amax |
k |
|
2 / 0,3 |
140 |
-1,38 |
272 |
-1,73 |
550 |
-1,38 |
5 / 0,3 |
142 |
-0,97 |
276 |
-1,73 |
525 |
-1,38 |
10 / 0,3 |
134 |
-1,19 |
252 |
-1,20 |
520 |
-1,66 |
2 / 0,7 |
128 |
-1,73 |
270 |
-1,73 |
540 |
-2,14 |
5 / 0,7 |
120 |
-1,43 |
243 |
-0,84 |
514 |
-2,25 |
10 / 0,7 |
122 |
-1,54 |
262 |
-0,93 |
524 |
-1,96 |
Различие в термодинамической совместимости растворителей и БСК - вулканизата с волокном определила его скорость набухания. Для системы «БСК - вулканизат - октан» с большей величиной b=(rполимера - rрастворителя)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 (rПА = 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.