Резина на основе нитрильных каучуков с повышенными эксплуатационными свойствами. Разработка

Актуальность темы
Наполнители вводят в нитрильные каучуки для снижения стоимости изделий, улучшения их технологических свойств, а также для регулирования модуля и твердости резин, повышения их прочности-, сопротивления раздиру и придания резинам ряда специфических свойств.

Цель исследования
Является разработка резин на основе комбинаций СКФ и БНК для эластичных уплотнительных элементов пакерно-якорного оборудования с комплексом улучшенных технологических и эксплуатационных свойств, удовлетворяющих требованиям современной нефте- и газодобывающей промышленности.
Задачи исследования
Создание экспериментально-обоснованных подходов к рецептуростроению наполненных резин на основе комбинаций СКФ и БНК с использованием пероксидов, соагентов вулканизации (САВ), антиоксидантов (АО) и технологических добавок (ТД) для эластичных уплотнительных элементов пакерно-якорного оборудования, работоспособных при температурах до 150ºС и действии агрессивных углеводородных сред.

Бутадиен-нитрильный каучук
Бутадиен-нитрильный каучук (БНК или НБК, NBR) — синтетический полимер, продукт радикальной сополимеризации бутадиена с акрилонитрилом (НАК) в водной эмульсии при 30 °С (высокотемпературные) и при 5 °С (низкотемпературные).

Классификация БНК
Классификация БНК предусматривает их деление по жесткости и содержанию акрилонитрила в реакционной среде.

Объекты исследования

Методы исследования

Результаты эксперимента
Наполнение шунгитом, диспергированным асбестом хрихотиловым. При разном количестве наполнителя.

Схематичное изображение демпфера.
1-частица шунгита. 2-аппретирующий слой из лактамсодержащего диспергатора.
3 - волокна ДАХ.

Совмещение БНК с СКФ-26 за счёт реакционно способных органических соединений ,в том числе, малеиновой кислоты
Схема возможной совулканизации БНК и СКФ-26.
Где , М-макромолекула
Sx ,Sy – серные мостики с различной степенью сульфидности Х и У.
В центре малеиновая кислота: НООС-СН=СН-СООН
Как следует из представленной схемы, протекания процесса вулканизации возможно в граничных областях.
Структурирующие агенты - пластизоли ПВХ, желатинированные системой ɛ-капролактам , малеиновая кислота , сера.

Состав резиновых смесей и физико-механические показатели вулканизатов на основе СКФ-26 и БНКС.
Изготовление компонента МКС

Совмещение БНК с СКФ-26 с использованием исследуемых лактамсодержащих комплексов
Состав органики (для пластизоли ПВХ).
Состав пластизоли ПВХ-ПДФ
Приготовление бутафтора А

Состав резиновых смесей и физико-механические показатели вулканизатов на основе СКФ-26 и БНКС.

Совмещение БНК с СКФ-26 с использованием бентонита

Физико-механические показатели исследуемых методов
Смесь 1-Содержание 10 массовых частей ДАХ и шунгита
Смесь 2- совулканизация БНКС с СКФ-26 за счёт малеиновой кислоты
Смесь 3-совулканизация БНКС с СКФ-26 с использованием лактамсодержащих комплексов
Смесь 4-совулканизация БНКС с СКФ-26 с использованием модифицированного бентонита

1-Смесь 1
2-Смесь 2
3-Смесь 3
4-Смесь 4
Ряд 1 – максимальное значение ОДС.
Результаты экспериментов значений ОДС.

Выводы
В пункте «Обзор информационных источников» было приведено описание нитрильных каучуков. Изменение рецептуры позволяет регулировать физико-механические, термостойкие свойства в достаточно широких пределах. Перспективным является создание новых рецептов и поиск новых наполнителей, связанных с улучшением характеристик
Асбест хризотиловый, как известно, и как следуют из полученных данных, может, способствовать повышению упругопрочностых свойств вулканизатов на основе БНКС-40 АМН, их твердости и уменьшению ОДС. Однако, прямому его использованию препятствуют ряд проблем. В данном случае, возникающие проблемы, решаются посредствам диспергирования АХ в лактамсодержащих расплавах (ЛР).
ДАХ существенно повышает прочностные характеристики в комплексе с другими наполнителями, обеспечивая повышение условной прочности до 50%.
Установлено, что введение ДАХ и шунгита увеличивает термостойкость в нитрильных резинах, тем самым решая ряд технологических задач , а именно увеличению верхнего предела работы манжеты до 150°С.
Исследования, проводимые с использованием ДАХ, уже сегодня позволяют улучшить литьевые свойства опытных резиновых смесей и получать, таким образом, положительные результаты при стендовых испытаниях.

Результативность исследований:
1. Создание высокопрочных резиновых манжет на основе СКФ-26 / А.Ф. Пучков, В.А. Ковалев, Д.А. Куцов, А.Н. Куцов, Н.Д. Прокопенко // Проблемы шин, РТИ и эластомерных композитов: сб. науч. тр. XXVIII Междунар. симпозиума (г. Москва, 15-19 октября 2018 г.) / отв. ред.: И. В. Веселов ; Научно-исследовательский центр НПКЦ ВЕСКОМ (НИИШП) [и др.]. - Москва, 2018. - C. 288-289.
2. Минеральные наполнители в резиновых манжетах пакерных устройств / А.Ф. Пучков, Н.Д. Прокопенко, Д.А. Куцов, В.А. Ковалев, А.Н. Куцов // Проблемы шин, РТИ и эластомерных композитов: сб. науч. тр. XXVIII Междунар. симпозиума (г. Москва, 15-19 октября 2018 г.) / отв. ред.: И. В. Веселов ; Научно-исследовательский центр НПКЦ ВЕСКОМ (НИИШП) [и др.]. - Москва, 2018. - C. 293-294.
3. Новые технологии в манжетах пакерного устройсва [Электронный ресурс] / А.Ф Пучков, Д.А Куцов, В.А Ковалев, Н.Д. Прокопенко, А.Н. Куцов // 18-я научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава ВПИ (филиал) ВолгГТУ (г. Волжский, 21-25 января 2019 г.) : сб. материалов конф. ; ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2019. - C. 421-422. – Режим доступа : http://www.volpi.ru/files/science/science_conference
4. Композиции природных магний- и алюмосиликатов с лактамсодержащими расплавами в качестве технологических добавок к резинам на основе каучука СКФ-26/ Пучков А. Ф., Спиридонова М. П., Куцов Д. А., Куцов А. Н., Ковалев В. А., Прокопенко Н. Д. // Известия ВолгГТУ. – 2020. – № 5 (240). – С. 70 – 75.