В повышении эксплуатационной устойчивости изделий из эластомеров важную роль играют добавки, меняющие свою структуру при внешних воздействиях (слоистые, вспучивающиеся и т.п.). В экстремальных условиях эксплуатации – при температурах вблизи и выше температуры работоспособности материала функционально-активные наполнители и другие добавки могут играть стабилизирующую роль при температурном разрушении материала [1, 2].
Одним из перспективных направлений для решения задачи увеличения теплостойкости изделий является использование в составе эластомерных композиций вспучивающихся и высокодисперсных металлсодержащих наполнителей, алюмосиликатов, наполнителей с каталитической активностью, высокодисперсных карбидов кремния [1-3], а так же соединений переходных металлов [4]. Некоторые из металлов, относящихся к d-элементам, обладают свойствами, позволяющими использовать их в качестве защитных и износостойких покрытий, огнеупорного материала для авиационных и ракетных двигателей, и др.
Исследовано влияние соединений переходных металлов на свойства резин на основе каучуков общего назначения. Резиновые смеси изготавливались по стандартной рецептуре с частичной заменой технического углерода на исследуемые соединения (Z-0 - контрольная резиновая смесь; Z-1 – 5 мас.ч.; Z-2 – 10 мас.ч.; Z-3 – 15 мас.ч.; Z-4 -20 мас.ч. исследуемого оксида).
Из данных, представленных на рисунке 1 видно, что при введении исследуемых оксидов увеличивается индукционный период вулканизации, а скорость вулканизации практически не изменяется.
В таблице 2 представлены физико-механические свойства вулканизатов. Из данных таблицы видно, что при введении в состав резиновых смесей исследуемых соединений происходит некоторое снижение упруго-прочностных характеристик, однако увеличивается стойкость к термоокислительному старению и возрастает сопротивление действию пламени.
Рисунок 1 – Кинетические кривые вулканизации
Таблица 3
Физико-механические свойства вулканизатов*
|
Показатель |
Z-0 |
Z-1 |
Z-2 |
Z-3 |
Z-4 |
|
Условное напряжение при 100% удлинении (s 100), МПа |
2,5 |
1,7 |
1,4 |
1,3 |
1,7 |
|
Условное напряжение при 300% удлинении (s 300), МПа |
11,0 |
8,5 |
4,7 |
4,3 |
5,4 |
|
Условная прочность при растяжении (fp), МПа |
18,0 |
14,0 |
15,0 |
12,2 |
13,3 |
|
Относительное удлинение при разрыве (e отн), % |
420 |
410 |
590 |
560 |
490 |
|
Относительное остаточное удлинение после разрыва (e отн), % |
12 |
9 |
11 |
9 |
9 |
|
Изменение показателей после старения (100оС х 72 час.), %: Δfp Δε |
-45 -67 |
-36 -61 |
-40 -63 |
-34 -64 |
-31 -59 |
|
Плотность, г/см3 |
|||||
|
Скорость линейного горения, мм/мин |
24,56 |
23,96 |
22,72 |
15,96 |
15,18 |
|
Время прогрева поверхности образца до 100 оС, с |
60 |
60 |
60 |
80 |
90 |
|
Время прогорания образца, с |
100 |
110 |
110 |
120 |
130 |
Таким образом, проведенные исследования показали, что изучаемые соединения переходных металлов могут быть использованы для эффективного повышения огнестойкости эластомерных материалов и их удешевления.