РАЗДЕЛ 2
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Объекты исследования
В качестве объектов исследования в работе выбраны полимерные композиционные
материалы, на основе эластомеров и термопластов (рис.2.1).
Рис.2.1 Схематическое изображение объектов исследования
В качестве эластомерной матрицы использованы бутадиенметилстирольный каучук
марки СКМС-30 АРК (ГОСТ 11138-78, ТУ 38-103136-76) и изопреновый каучук марки
СКИ-3 (ГОСТ 14925-79, ТУ 38-103241-79). Исследования проводились в модельных
системах, а также в производственных резиновых смесях: прослоечной шинной
рецептуре на низ первого слоя каркаса, брекерного типа; рецептуре посадочной
части массивных шин; подошвенных резиновых смесях; смесях РТИ.
В качестве термопластов выбраны полипропилен марки 21060 (ГОСТ 26996-86),
полипропилен марки А-4 (г.Лисичанск, Украина, ТУУ 54008400.001-97) и полистирол
марки KaucukТМ (Чехия), технические характеристики которых приведены в
табл.2.1.
Таблица 2.1
Технические характеристики полипропилена и полистирола
Показатель
Поли-пропилен марки 21060
Поли-пропилен марки
А-4
Поли-стирол
марки KaucukТМ
Показатель текучести расплава, г/10 мин.
2,5-4,0
4,3
Прочность при растяжении, МПа
28
35
13
Относительное удлинение при разрыве, %
300
200
Ударная вязкость, кДж/м2
70,0
70,0
9,7
Насыпная плотность, кг/м3, не менее
500
Теплостойкость по Вика, °С
150
153
Коэффициент трения по стали (Р=0,5 МПа, V=0,3 м/с)
0,37
Все применяемые для изготовления ПКМ ингредиенты соответствовали стандартам и
представлены в табл.2.2.
Составы и режимы изготовления исследуемых композиций разработаны и приведены
при обсуждении результатов в экспериментальной части.
В качестве наполнителей полимерных композиционных материалов использованы
дисперсные (табл.2.3) и волокнистые материалы, характеристики которых приведены
ниже.
Характеристика волокнистых наполнителей [107]:
- синтетическое полиамидное волокно (ТУ 6-06-С 232-89). Плотность – 1,13ё1,14
г/см3; условный модуль упругости при растяжении – 2600 МПа; условная прочность
при разрыве - 800 МПа; диаметр волокна - 0,027 мм; длина волокна - 3,3ё6,5 мм;
- натуральное льняное волокно. Плотность - 1,45ё1,50 г/см3; длина волокна - 10
мм; относительное удлинение при разрыве – 1,1%.
В качестве модификаторов наполнителей использованы полимерные четвертичные
аммониевые соли (ПЧАС) – полимеры, содержащие четвертичные атомы азота в
основной цепи.
ПЧАС синтезированы по реакции между третичными диаминами и дигалогенидами,
элементарным актом которой является реакция Меншуткина [111]:
Наиболее перспективным методом проведения синтеза является синтез в растворе
[112]. Одна из особенностей данного подхода к ПЧАС заключается в различной
природе используемых в синтезе мономеров и образующегося полимерного продукта:
третичные диамины и дигалогениды растворимы в органических растворителях, в
отличие от ПЧАС, растворимых в воде, частично в ДМФА и метиловом спирте и не
растворимых в подавляющем большинстве органических растворителей. Учитывая это
обстоятельство, в работе использовались растворители переменного состава
(ацетон-вода) [113].
Реакцию проводили в круглодонной колбе емкостью 75 мл снабженной мешалкой и
обратным холодильником на водяной бане. 0,03 моля дигалогенида растворяли в 50
мл ацетона, загружали в реакционную колбу, нагревали до 40°С и термостатировали
в течение 10 мин. Затем к раствору дигалогенида приливали 0,03 моля третичного
диамина, растворенного в 50 мл ацетона, нагретого и термостатированного при
40°С в течение 10 мин. Концентрация мономеров составляла 0,3 моль/л. Визуально
о начале реакции судили по помутнению реакционной среды. По мере выпадения
полимера в осадок к реакционной смеси добавляли воду, в количестве, необходимом
для растворения полимера. Реакционную смесь выдерживали при температуре 40°С в
течение 8 часов при перемешивании. Образовавшийся полимер высаждали большим
количеством ацетона, а затем сушили в вакууме при температуре 40-60°С в течение
6 часов.
Синтезированные ПЧАС представляют собой белые или светло-желтые хорошо
растворимые в воде порошки. Молекулярная масса, оцененная по величинам
приведенной вязкости, составляет 5000ё9000. Структурные формулы и
характеристики синтезированных ПЧАС представлены в табл.2.4.
В качестве исходных мономеров для синтеза ПЧАС были использованы
алкилароматические третичные диамины и дигалогениды.
п-Ксилилендихлорид (Тпл=100,5°С / Лит. данные: Тпл=100,5°С [114]) был получен
хлорированием п-ксилола в боковую цепь при сильном освещении по методике [114].
2,5-Диметил-п-ксилилендихлорид (Тпл=132,0°С / Лит. данные: Тпл=131-132°С
[115]), 2,4-диметил-м-ксилилендихлорид (Тпл=99,0°С / Лит. данные: Тпл=98-99°С
[115]), 4,4’-бис-(хлорметил)-дифенилметан (Тпл=108,0°С / Лит. данные:
Тпл=107-108°С [116]), бис-(хлорметил)-нафталин (Тпл=97,6°С / Лит. данные:
Тпл=97,8°С [117]) были синтезированы путем хлорметилирования соответственно
п-ксилола, м-ксилола, дифенилметана и нафталина смесью Кемброна и очищены в
соответствии с методиками, приведенными в работах [115-120].
1,4-(Бис-N,N-диметиламинометилен)-бензол (Ткип=103-105°С/5мм.рт.ст.,
Тпл=28-29°С / Лит. данные: Ткип=102°С/5мм.рт.ст., Тпл=28-29°С [121]),
1,4-(бис-N,N-диметиламинометилен)-2,5-диметил-бензол
(Ткип=126-128°С/5мм.рт.ст., Тпл=38°С / Лит. данные:
Ткип=127°С/5мм.рт.ст.,Тпл=38-39°С [121]),
1,3-(бис-N,N-диметиламинометилен)-2,4-диметил-бензол
(Ткип=126-128°С/5мм.рт.ст., Тпл=37°С / Лит. данные: Ткип=127°С/5мм.рт.ст.,
Тпл=36-37°С [121]) были получены взаимодействием бисхлорметильных производных
ароматических углеводородов с водным раствором димети