Исследование влияния сверхвысокомолекулярного полиэтилена и полиэтилена низкого давления на свойства и структуру резин на основе этиленпропилендиенового каучука

Цели. Изучение влияния сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и полиэтилена низкого давления (ПЭНД) на комплекс свойств и структуру резин на основе этиленпропилендиенового каучука марки СКЭПТ-50.
Методы. Резиновые смеси изготавливали путем предварительного смешения каучука с СВМПЭ и ПЭНД в камере пластикордера BRABENDER PL 2200-3 (Германия) при температуре 160°С в течение 6 мин и скорости вращения роторов 60 об/мин. Полиэтилены вводили в количестве 5, 10 и 15 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука. Последующее введение основных ингредиентов резиновой смеси производилось на лабораторных вальцах SYM (Китай) в течение 30 мин при температуре не более 100°С. Вулканизацию образцов проводили в вакуумном гидравлическом прессе Y1000D (Китай) при температуре 185°С в течение 35 мин. Исследование вулканизационных и физико-механических свойств проведено стандартными методами. Исследование надмолекулярной структуры резин проведено с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-6840 LV (Япония).
Результаты. Показано, что с увеличением содержания ПЭНД и СВМПЭ до 15 мас. ч. твердость резин повышается на 10 и 5 единиц по Шору А соответственно. Коэффициент морозостойкости при −45°С увеличивается, достигая значений 0.229 при введении 10 мас. ч. ПЭНД и 0.260 при введении 15 мас. ч. СВМПЭ. Степень набухания резин в среде тормозной жидкости DOT-4 снижается до 13% у резин с ПЭНД и 19% со СВМПЭ. Исследование стойкости образцов резин к абразивному износу выявило различия в износостойкости в зависимости от вида термопласта: с увеличением содержания ПЭНД объемный износ повышается на 5% и снижается на 45% при увеличении содержания СВМПЭ. Исследования надмолекулярной структуры показали, что при введении СВМПЭ появляются включения разнообразной формы с размерами в пределах 50–100 мкм. Переходная зона между СВМПЭ и каучуком достаточно плавная, трещин и микроразрывов между фазами полимеров, которые могли бы образоваться в процессе низкотемпературного раскалывания, не наблюдается. Это свидетельствует об удовлетворительном межфазном взаимодействии и объясняет повышение стойкости к агрессивной жидкости и абразивному истиранию, а также увеличение коэффициента морозостойкости при растяжении. Образцы резин с ПЭНД по сравнению с исходной резиной имеют более выраженную и рельефную надмолекулярную структуру без видимых включений, что свидетельствует о более равномерном распределении в объеме матрицы за счет высокой текучести расплава ПЭНД.
Выводы. Резины, модифицированные СВМПЭ, по сравнению с ПЭНД обладают более высокими показателями износо-, маслои морозостойкости при сохранении упруго-прочностных показателей. Установлено, что резина, содержащая 15 мас. ч. СВМПЭ, обладает наилучшим комплексом свойств и может быть рекомендована для использования в производстве уплотнительных резинотехнических изделий.

1. Аммосова О.А., Аргунова А.Г., Ботвин Г.В. и др. Модифицированные полимерные и композиционные материалы для северных условий. Новосибирск: Наука; 2017. 217 с. ISBN 978-5-7692-1527-8

2. Шадринов Н.В., Федорова А.Ф., Гоголев В.Д. Сравнительный анализ влияния ПЭНД и СВМПЭ на свойства бутадиен-нитрильной резины. Химическая технология. 2024;25(1):8–14. https://doi.org/10.31044/1684-5811-2024-25-1-8-14

3. Шварц А.Г., Динзбург Б.Н. Совмещение каучуков с пластиками и синтетическими смолами. М.: Химия; 1972. 224 с.

4. Чернышев С.В., Люсова Л.Р., Махмудова С.Р., Жарылганова М.Б., Коняева Л.А. Влияние полиэтилена высокой плотности на свойства эластомерных материалов из синтетического полиизопрена. Каучук и резина. 2023;82(5):242–247. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2023-82-5-242-247

5. Семенова С.Н., Чайкун А.М., Сулейманов Р.Р. Этилен пропилендиеновый каучук и его применение в резинотехнических материалах специального назначения. Авиационные материалы и технологии. 2019;56(3):23–30. http://doi.org/10.18577/2071-9140-2019-0-3-23-30

6. Lee S.-H., Park G.-W., Kim H.-J., Chung K., Jang K.-S. Effects of Filler Functionalization on Filler-Embedded Natural Rubber/Ethylene-Propylene-Diene Monomer Composites. Polymers. 2022;14(17):3502. https://doi.org/10.3390/polym14173502

7. Каблов Е.Н., Семенова С.Н., Сулейманов Р.Р., Чайкун А.М. Перспективы применения эиленпропилендиенового каучука в составе морозостойкой резины. Труды ВИАМ. 2019;84(12):29–36. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-12-29-36

8. Елисеев О.А., Чайкун А.М., Бузник В.М., Соколова М.Д., Попов С.Н. Основные принципы построения рецептур морозостойких резин для изделий, эксплуатируемых в условиях арктического климата. Перспективные материалы. 2015;11:5–18.

9. Валуева М.И., Железина Г.Ф., Гуляев И.Н. Полимерные композиционные материалы повышенной износостойкости на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Все материалы. Энциклопедический справочник. 2017;6:23–29.

10. Samad M.A. Recent Advances in UHMWPE/UHMWPE Nanocomposite/UHMWPE Hybrid Nanocomposite Polymer Coatings for Tribological Applications: A Comprehensive Review. Polymers. 2021;13(4):608. https://doi.org/10.3390/polym13040608

11. Yue Q., Gao R., Song Z., Gou Q. Recent Advancements in the Synthesis of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene via Late Transition Metal Catalysts. Polymers. 2024;16(12):1688. https://doi.org/10.3390/polym16121688

12. Yahaya L.E., Adebowale K.O., Olu-Owolabi B.I. Cure characteristics and rheological properties of modified kaolinnatural rubber composites. Am. Chem. Sci. J. 2014;4(4): 472–480. http://doi.org/10.9734/ACSJ/2014/6575

13. Шадринов Н.В., Борисова А.А., Халдеева А.Р., Антоев К.П. Влияние технологического режима смешения и вулканизующей системы на свойства композиций на основе бутадиен-нитрильного каучука и сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Перспективные материалы. 2023;2:77–86. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2023-2-77-86

14. Белокурова А.П., Агеева Т.А. Химия и технология получения полиолефинов. Иваново: Иван.гос. хим.-технол. ун-т.; 2011. 126 с. ISBN 978-5-9616-0399-4

15. Новаков И.А., Вольфсон С.И., Новопольцева О.М., Кракшин М.А. Реологические и вулканизационные свойства эластомерных композиций. М.: ИКЦ «Академкнига»; 2006. 332 с. ISBN 5-94628-296-4

16. López-Manchado M.A., Arroyo M., Herrero B., Biagiotti J. Vulcanization kinetics of natural rubber-organoclay nanocomposites. J. Appl. Polym. Sci. 2003;89(1):1–15. https://doi.org/10.1002/app.12082

17. Андреева И.Н., Веселовская Е.В., Наливайко Е.И. и др. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности. Л.: Химия; 1982. 80 с.

18. Зуев Ю.С. Стойкость резин к агрессивным воздействиям. Данные последних лет. Часть 2. Каучук и резина. 2000;1:36–42.

19. Алифанов Е.В., Чайкун А.М., Венедиктова М.А., Наумов И.С. Особенности рецептур резин на основе этиленпропиленовых каучуков и их применение в изделиях специального назначения. Авиационные материалы и технологии. 2015;35(2):51–55. http://doi.org/10.18577/2071-9140-2015-0-2-51-55