Термопластичные составы для склеивания резин на основе СКЭПТ

Таблица 3.4 - Некоторые  технические характеристики Алькорез 2975

Внешний вид	Порошок от светло-желтого до темно-коричневого цвета
Массовая доля свободного алкилфенола, %, не более  ГОСТ 11235	1,0
Температура размягчения, º С, не менее, ГОСТ 11506	75
Кислотное число, мг КОН/г, не более	80

 

Перхлорвиниловая  смола (ГОСТ 10004 - 72) – дополнительно хлорированная поливинилхлоридная смола, аморфный порошок белого цвета, хорошо растворяется в дихлорэтане, ацетоне, бутилацетате и хлорбензоле и имеет хорошие адгезионные свойства.

 Паволан – сополимер малеинового ангидрида с α-олефинами С₁₂-С₁₄, молекулярной массой 15000-20000. Характеристики Паволана приведены в таблице 3.5

Таблица 3.5 - Характеристики Паволана

Наименование  показателя	Норма	Фактически
Внешний вид	Порошкообразный или гранулированный продукт  от белого до светло-коричневого цвета	Гранулированный продукт светло-коричневого цвета
Температура размягчения, º С, не менее	75	102
Массовая доля летучих веществ при 110º С, %, не более	1,0	0,67
Кислотное число, мг КОН/ г, не менее	200	287,91

 

СЭВИЛЕН (СЭВА ТУ 6-05-1636-97) – сополимеры этилена с винилацетатом, высокомолекулярные соединения, относящееся к полиолефинам. Технические характеристики Паволана приведены в таблице 3.6

Таблица 3.6 - Технические характеристики Паволана     
        

№ п/п	Наименование  показателей	Норма по ТУ			Установлено анализом
		СЭВА 11306-075	СЭВА 11607-040	СЭВА 11808-340	СЭВА 11306-075	СЭВА 11607-040	СЭВА 11808-340
1	Плотность, г/см3	0,930-0,936	0,939-0,945	0,945-0,955	0,932	0,940	0,945
2	Показатель  текучести расплава г/ 10 мин при  температуре 190º С	5,0-10,0	3,0-5,5	27,0-40,0	8,4	3,5	32,9
3	Массовая доля винилацетата, %, в пределах	10-14	17-21	26-30	-	-	-
4	Прочность при  разрыве, МПа, не менее	9,8	5,9	-	-	-	-
5	Относительное удлинение при разрыве, в %, не менее	600	650	-	-	-	-
6	Температура размягчения  по Вика, ºС	59-69	-	29-37	-	-	-
7	Адгезионная прочность, не менее	-	3,92	-	-	8,59	-

 

Техническая сера (ГОСТ 127–64) - является основным вулканизующим веществом для большинства каучуков. Представляет собой желтый, серо-желтый или зеленоватый порошок высокой степени чистоты и дисперсности; d ≈ 2,0; температура плавления 114⁰С; температура воспламенения 261⁰С.

Тиурам Д (ГОСТ 740-76), химическая формула: (CH₃)₂N-C(S)-S-S-C(S)-N(CH₃)₂                                                

Белый или жёлтый порошок со слабым запахом; температура плавления 135-150°С. Ускоритель вулканизации, вулканизующее вещество, вулканизаты обладают повышенной теплоёмкостью.

Толуол (ГОСТ 5789-78) - прозрачная жидкость, не содержащая посторонних примесей и воды. Применяется в качестве растворителя. Химическая формула:

                                                                                                            

 Толуол получают из нефтяных фракций и каменноугольной смолы или в процессах каталитического риформинга бензиновых фракций и пиролиза.

Некоторые свойства толуола приведены в таблице 3.7

Таблица 3.7 - Некоторые  свойства толуола

Наименование  показателя	Значение
Внешний вид	Прозрачная  жидкость
Молярная масса	92,14 г/моль
Плотность при 20 °С	0,86694 г/см³
Температура плавления	−95 °C
Температура кипения	110,6 °C

 

3.2 Приготовление композиций на  основе СКЭПТ и БК

Получение композиций как на основе СКЭПТ, так и на основе БК проводилось на пластикордере «Brabender». Объем смесительной камеры 5∙10^-3 м³, скорость вращения роторов 60 об/мин, температура смесительной камеры 125º С. Смешение производится только при закрытом затворе смесительной камеры пластикордера, время смешения 7 минут от начала загрузки ингредиентов. Введение вулканизующей группы в композиции на основе БК производится на холодных вальцах К 403 в течении 5 мин.

После смешения композиции на основе ТЭП (СКЭПТ/СЭВА), для придания формы, пропускают через микровальцы К403 при комнатной температуре вальцев. Композиции на основе БК прессуют в течении минуты при температуре 100º С.

Режим загрузки ингредиентов ТЭП (СКЭПТ/СЭВА):

0' – Этиленпропиленовый  каучук; 0'30'' –СЭВА; 2' – канифоль, АФФС, Октафор SP 1045, перхлорвиниловая смола, Алькорез, Паволан; 3' – ТУ-324;

7' – выгрузка.

Режим загрузки ингредиентов композиций на основе БК:

0' – БК; 0'30'' – стеариновая кислота; 2' – ПИБ-20; 2'30'' – 0,5 каолина; 3' – канифоль, СЭВА (11808-340), АФФС, Алькорез; 4ʹ - И-8А; 4ʹ30'' – оксид цинка; 7' – выгрузка.

Серу, тиурам и  каптакс вводим на холодных вальцах, в течении 5 мин.

3.3 Методы исследования

1. Определение когезионной прочности резиновой смеси на основе СКЭПТ проводились на разрывной машине РМИ-250 в соответствии с ГОСТ 6768 – 75.

2. Определение прочности склеивания резиновой смеси с кровельным материалом при отслаивании проводилось в соответствии с ГОСТ 411 – 77. Определение прочности склеивания заключается в расслаивании испытуемого образца на разрывной машине и в вычислении нагрузки в Н, отнесенной к средней ширине образца в метрах.

3. Определение прочности склеивания резиновой смеси с кровельным материалом на сдвиг проводилось в соответствии с ГОСТ 14759 – 69.

4. Определение степени набухания герметика

Из пластины ТЭП (СКЭПТ/СЭВА) толщиной 2 мм вырезали ножницами по три образца примерно одинаковой массы, но различной формы. Образцы взвешивали на торсионных весах, помещали в бюкс и заливали растворителем (водой) из расчета 5 мл на один образец. Бюксы закрывали крышками и оставляли при температуре 20ºС и 70º С. Затем каждый образец поочередно пинцетом вынимали из бюкса и взвешивали через 1, 3, 5, 7, 14 суток. Степень набухании образцов определяли по формуле: V=(m_н- m_о)*100/m_о, где m_о и m_н – массы исходного и набухшего образца соответственно, г.

5. Проведение ускоренного  старения в воде

 Готовые образцы  для испытания на сдвиг и на когезионную прочность были положены в воду при температуре 20º С и 70º С и испытаны по истечению 6 ч.,1, 2, 3, 4, 7, 14 суток.

6. Проведение ускоренного  термостарения

Готовые образцы для  испытания на сдвиг и на когезионную  прочность были положены в термошкаф при температуре 170º С и испытаны по истечению 3, 6, 12 ч.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И  ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

4.1 Изучение возможности получения  краевых герметиков на основе  СКЭПТ

Современные РКГЭМ представляют собой полотна шириной 1-1,5 м, для получения ковров необходимо склеить полотна между собой. Для защиты края стыка используют так называемые краевые герметики.

Краевые герметики  осуществляют защиту края стыка склеенных  полотнищ рулонного кровельного  материала от проникновения влаги, которое может повлечь за собой  разрушение клеевого соединения в процессе эксплуатации. Как правило, краевые  герметики выпускают в виде однокомпонентных неотверждаемых мастик, обычно растворного типа.

Целью работы являлась разработка ТЭП растворного типа для защиты края стыка, с повышенной адгезией к РКГЭМ на основе СКЭПТ, способного легко наносится, обладающего хорошими физико-механическими и тиксотропными свойствами. С этой целью в композиции ТЭП смесевого типа, содержащего СКЭПТ, в качестве эластомерной основы и сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА) были введены различные адгезионные добавки. Необходимость использования в качестве основы СКЭПТ объясняется тем, что краевой герметик должен обладать практически такой же устойчивостью к ультрафиолетовым лучам, озону, перепадам температур и воде, как и сам кровельный материал.

Планируется приготовить композиции на основе ТЭП (СКЭПТ/СЭВА) в виде высококонцентрированных мастик, наносимых на предварительно праймированную поверхность. В качестве праймера использовали 10-15% раствор тех же композиций.

4.1.1 Оптимизация рецептуры ТЭП (СКЭПТ/СЭВА)

Композиции на основе СКЭПТ характеризуются высокой стойкостью к озонному и тепловому старению, к действию агрессивных сред при температурах до 150º С, повышенной стойкостью к набуханию в воде и отличными диэлектрическими показателями. Недостатком таких смесей является плохая адгезия к большинству субстратов. Зачастую уровень адгезии лимитируется когезионной прочностью композиции. Известным методом повышения прочности является отверждение (вулканизация).

У неотверждающихся композиции, прочность не высокая,  если делать холодного отверждения, то это приводит к удорожанию и композиция становится двухкомпонентной, а это не всегда удовлетворяет потребителей. Если делать композиции растворного типа в виде клеев, то это приводит к удорожанию за счет растворителя, кроме того, необходимо нанесение нескольких слоев, для получения определенной толщины покрытия. Просушка каждого слоя отнимает время, это опять может не устраивать потребителей. Одним из путей решения этих проблем является получение безрастворных клеев расплавного типа (обычно на основе термопластов или ТЭП).

Было решено с этой целью разработать ТЭП  на основе СКЭПТ, клеевого назначения, с хорошей адгезией к РКГЭМ  на основе СКЭПТ, по режимам указанным  в экспериментальной части.

Для начала, было оценено влияние некоторых технологических  параметров, таких как время просушки праймера, времени и температуры прессования. Зависимости представлены на рисунках 4.1, 4.2 и 4.3

Рисунок 4.1 - Влияние времени просушки праймера на адгезию (при испытании на отслаивание) ТЭП (СКЭПТ/СЭВА) к резине на основе СКЭПТ

Из рисунка видно, что оптимальное время прессования 10 мин.

Рисунок 4.2 - Влияние времени прессования на адгезию (при испытании на сдвиг) ТЭП (СКЭПТ/СЭВА) к резине на основе СКЭПТ

Рисунок 4.3 - Влияние температуры прессования на адгезию (при испытании на сдвиг) ТЭП (СКЭПТ/СЭВА) к резине на основе СКЭПТ

Исходя из полученных данных  можно сделать заключение о том, что температура и время  прессования не имеют особого  влияния на адгезионные свойства. Для образцов был выбран следующий  режим: время просушки праймера – 10 мин., время прессования – 2 мин., температура прессования - 100º С.

 С целью  повышения адгезионных показателей  и для увеличения прочности  ТЭП вводили сополимер этилена  с винилацетатом (СЭВА). Для этого  были приготовлены композиции  ТЭП с различным соотношением СКЭПТ и СЭВА (11808-340): 80/20, 70/30, 60/40, 50/50. ТЭП с большим содержанием СЭВА не делали, так как дальнейшее увеличение содержания СЭВА может отрицательно сказываться на морозостойкости композиций. В качестве адгезионных добавок использовались полиизобутилен (ПИБ-20) и канифоль по 20 мас. ч. В связи с тем, что краевой герметик используют для обработки стыков кровельных материалов, определяли прочность крепления композиций к кровельному материалу на сдвиг и при отслаивании, также определяли когезионную прочность всех разработанных ТЭП. Зависимость когезионной и адгезионной прочности от состава ТЭП приведены на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Влияние состава термоэластопласта на когезионную прочность и на адгезию к резине на основе СКЭПТ

Из полученных данных следует, что с увеличением содержания СЭВА повышаются прочность композиции, подобная зависимость наблюдается и у адгезия к резине на основе СКЭПТ при испытании на сдвиг. Учитывая характер разрыва (смешанный, адгезионно-когезионный) можно сделать заключение о том, что адгезионная прочность в определенной степени определяется степенью когезионной прочности ТЭП.

Далее было рассмотрено  влияние содержания винилацетата в составе СЭВА. Для этого в композиции вводились СЭВА с содержанием винилацетата 10-14% (11306-075), 17-21% (11607-040), 26-30% (11808-340) в количестве 50 мас. ч. Этот выбор не случаен, из предыдущих графиков видно, что оптимальные свойства дает именно соотношение 50 мас. ч. СКЭПТ на 50 мас. ч. СЭВА. Оценивались когезионная прочность ТЭП (СКЭПТ/СЭВА) и адгезия к промышленно выпускаемым РКГЭМ на основе СКЭПТ. Зависимости когезионной и адгезионной прочности от содержания винилацетата в составе СЭВА представлены на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 - Влияние содержания винилацетата в составе СЭВА на когезионную прочность ТЭП (СКЭПТ/СЭВА) и адгезию ТЭП (СКЭПТ/СЭВА) к резине на основе СКЭПТ