Изменение электрических характеристик резин в процессе «набухание-отбухание»

Цели. Основным показателем, определяющим электропроводность резин, является удельное объемное электросопротивление. Цель работы – исследовать изменения данного показателя при набухании и отбухании электропроводящих резин. При рассмотрении процесса набухания резин в жидких средах на молекулярном уровне проведена аналогия этого процесса с механической деформацией материала, выявлены общие черты и различия этих процессов.

Методы. Для резин на основе парафинатных и алкилсульфонатных бутадиен-нитрильных каучуков были определены степень их набухания и изменение линейных размеров в гептане, бензинах марок АИ-80, АИ-92, АИ-95. Удельное объемное электросопротивление определено потенциометрическим методом: исходное значение измерено после термостатирования резин в течение 1 ч при 120 °С, а повторное измерение проведено после набухания этих резин в растворителях в течение 48 ч с последующей сушкой при 20 °С до постоянной массы и повторного термостатирования при тех же условиях. C помощью ИК-спектрометра Фурье были получены спектры растворителей до и после нахождения в них исследованных резин.

Результаты. Показано, что на степень набухания резин оказывает влияние тип используемого каучука и растворителя. Наибольшей стойкостью к набуханию обладают резины на основе каучуков с большим количеством присоединенного НАК, полученные в присутствии алкилсульфонатного эмульгатора. Влияние используемого растворителя на изменение степени набухания определяется его сродством к каучуку и наличием полярных добавок, повышающих октановое число бензина. Установлено, что изменение линейных размеров образцов при набухании в указанных растворителях различно по длине и толщине образца. Результаты измерения удельного объемного электросопротивления показали, что в зависимости от типа используемого каучука и степени его наполнения описанная технология обработки резины приводит к снижению данного показателя от 2 до 20 раз. Наибольший эффект снижения удельного объемного электросопротивления наблюдается у малонаполненных резин на основе парафинатных бутадиен-нитрильных каучуков. Представленные в работе спектры нарушенного полного внутреннего отражения растворителей после их взаимодействия с исследованными резинами показали, что в результате набухания резин происходит частичная экстракция из них дибутилфталата, использованного в рецептуре в качестве пластификатора.

Выводы. Предложенный способ обработки резины позволяет снизить ее удельное объемное электросопротивление за счет удаления из нее дибутилфталата и формирования более развитой углерод-эластомерной структуры и решить проблему отрицательного влияния пластификатора на удельное объемное электросопротивление резин без исключения его из состава резиновой смеси.

1. Huang L.H., Yang X., Gao J. Study on microstructure effect of carbon black particles in filled rubber composites. Int. J. Polym. Sci. 2018;2018: Article ID 2713291. https://doi.org/10.1155/2018/2713291

2. Gao M., Zheng F., Xu J., Zhang S., Bhosale S.S., Gu, J., Hong R. Surface modification of nano-sized carbon black for reinforcement of rubber. Nanotechnol. Rev. 2019;8(1);405-414. https://doi.org/10.1515/ntrev-2019-0036

3. Robertson C.G., Tunnicliff L.B., Maciag L., Bauman M.A., Miller K., Herd C.R., Mars W.V. Characterizing distributions of tensile strength and crack precursor size to evaluate filler dispersion effects and reliability of rubber. Polymers. 2020;12(1):203. https://doi.org/10.3390/polym12010203

4. Bakošová D. The study of the distribution of carbon black filler in rubber compounds by measuring the electrical conductivity. Manuf. Technol. 2019;19(3):366-370. http://doi.org/10.21062/ujep/297.2019/a/1213-2489/MT/19/3/366

5. Stavropoulos S.G., Sanida A., Psarras G.C. A comparative study on the electrical properties of different forms of carbon allotropes – Epoxy nanocomposites. Express Polym. Lett. 2020;14(5):477-490. http://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2020.38

6. Harea E., Datta S., Stěnička M., Stoček R. Electrical conductivity degradation of fatigued carbon black reinforced natural rubber composites: Effects of carbon nanotubes and strain amplitudes. Express Polym. Lett. 2019;13(12):1116-1124. http://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2019.96

7. Sancaktar E., Basan S. Comparison of Electrical Conductivity in Compounds of Carbon Black with Natural and Butadiene Rubbers. Front. Mater. 2019;6:265. https://doi.org/10.3389/fmats.2019.00265

8. Резниченко С.В., Морозов Ю.Л. (ред.). Большой справочник резинщика. Ч.1. Каучуки и ингредиенты. М.: ООО Издательский центр «Техинформ МАИ»; 2012. 744 с. ISBN 978-5-89551-023-0

9. Резниченко С.В., Морозов Ю.Л. (ред.). Большой справочник резинщика. Ч.2. Резины и резинотехнические изделия. М.: ООО Издательский центр «Техинформ МАИ»; 2012. 641 с. ISBN 978-5-89551-025-4

10. Li Y., Zhu P., Zhang Q., Chen B., Zhu Z. Study on the Properties of Rubber with Different Contents of Carbon Black. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;677(2):022043. http://doi.org/10.1088/1757-899X/677/2/022043

11. Al-Sehemi A.G., Al-Ghamdi A.A., Dishovsky N.T., Malinova P.A., Atanasov N.T., Atanasova G.L. Electrical, mechanical and dynamic properties of ternary composites from acrylonitrile butadiene rubber and conductive fillers. Bull. Mater. Sci. 2019;42(4):189. https://doi.org/10.1007/s12034-019-1869-2

12. Овсянников Н.Я., Корнев А.Е. Исследование свойств материалов, полученных при высокотемпературной обработке резин. Каучук и резина. 1997;3:28-30.

13. Спиридонов И.С., Ушмарин Н.Ф., Егоров Е.Н., Сандалов С.И., Кольцов Н.И. Влияние технологических добавок на свойства резины на основе бутадиен-нитрильного каучука. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017;60(10):53-57. https://doi.org/10.6060/tcct.20176010.5486

14. Дулина О.А., Тарасенко А.Д., Буканов А.М., Ильин А.А. Влияние способа выделения каучука из латекса на свойства эластомерных материалов на основе бутадиен-нитрильных каучуков. Тонкие химические технологии. 2017;12(4):85-90. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2017-12-4-85-90

15. Amin L.M.N., Hanafi I, Nadras O. Comparative study of Bentonite filled acrylonitrile butadiene rubber and carbon black filled NBR composites properties. Int. J. Automot. Mech. Eng. 2018;15(3):5468-5475. https://doi.org/10.15282/ijame.15.3.2018.5.0420

16. Maciejewska M., Sowińska A. Thermal characterization of the effect of fillers and ionic liquids on the vulcanization and properties of acrylonitrile–butadiene elastomer. J. Therm. Anal. Calorim. 2019;138(6):4359-4373. http://doi.org/10.1007/s10973-019-08187-8

17. Овсянников Н.Я., Корнев А.Е. Создание электропроводных резин с использованием смесевых композиций технического углерода. Вестник МИТХТ. 2007;2(4):52-56.

18. Тарасевич Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова; 2012. 55 с.

19. Ковалева Л.А., Овсянников Н.Я., Корнев А.Е., Карелина В.Н. Способ получения электропроводящего эластомерного материала: РФ пат. 2472813. № 2011142440/05; заявл. 20.10.2011; опубл. 20.01.2013. Бюл. 2.