Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Литературный обзор 11
1.1 Назначение и область применения эластичных элементов для пакерно-якорного оборудования 11
1.2 Материаловедческие аспекты разработки резин на основе бутадиен-нитрильных каучуков 1.2.1 Современные бутадиен-нитрильные, гидрированные бутадиен-нитрильные каучуки и резины на их основе 15
1.2.2 Ассортимент выпускаемых бутадиен-нитрильных каучуков 17
1.2.3 Ассортимент выпускаемых гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков 1.3 Роль пероксидных вулканизующих систем в составе резин на основе бутадиен-нитрильных и гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков 32
1.4 Роль соагентов пероксидной вулканизации в резинах на основе бутадиен-нитрильных и гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков 38
1.5 Роль технологических добавок в резинах на основе бутадиен-нитрильных и гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков 47
1.6 Роль стабилизаторов в резинах на основе бутадиен-нитрильных и гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков 59
1.6.1 Фенольные стабилизаторы 67
1.6.2 Аминные стабилизаторы 70
ГЛАВА 2 Экспериментальная часть 78
2.1 Характеристики исходных веществ 78
2.2 Методы исследования
2.2.1 Исследование свойств резиновых смесей 83
2.2.2 Исследование свойств резин 83
ГЛАВА 3 Результаты и их обсуждение 85
3.1 Исследование влияния содержащихся в бутадиен-нитрильных каучуках стабилизаторов старения на свойства резин 85
3.2 Подбор и исследование каучуков для разработки термо-агрессиво-стойких резин
3.3 Исследование кинетики пероксидной вулканизации и свойств резин с использованием различных соагентов вулканизации 104
3.4 Исследование влияния цинковых солей метакриловой кислоты на свойства резин 116
3.5 Исследование влияния термостатирования и соагентов вулканизации на свойства резин 129
3.6 Исследование влияния антиоксидантов на свойства резин 135
3.7 Исследование влияния технологических добавок на свойства на полненных резин 148
3.8 Разработка рецептур резин для уплотнительных элементов разной твердости 151
3.9 Проведение лабораторных и промышленных испытаний уплотнительных элементов пакеров из разработанных резин 158
Выводы 170
Список литературы 172
- Современные бутадиен-нитрильные, гидрированные бутадиен-нитрильные каучуки и резины на их основе
- Роль технологических добавок в резинах на основе бутадиен-нитрильных и гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков
- Исследование свойств резиновых смесей
- Исследование кинетики пероксидной вулканизации и свойств резин с использованием различных соагентов вулканизации
Современные бутадиен-нитрильные, гидрированные бутадиен-нитрильные каучуки и резины на их основе
Обновление ассортимента каучуков для резиновой промышленности происходит за счёт применения новых литиевых и ниодимовых каталитических систем, введения в полимерную цепь функциональных групп, освоения новых эмульгаторов, изменения условий полимеризации. Известны способы получения БНК, разработанные в ОАО «Воронежсинтезкаучук», Воронежском филиале ВНИИСК им. академика Лебедева и ФГУП «НИИ синтетического каучука им. акад. СВ. Лебедева» [15-21], ОАО «Красноярский завод синтетического каучука» [22]. Если ранее для придания вулкани-затам комплекса определённых свойств в рецептуре резин применяли смесь двух и более видов каучуков, то новейшие исследования структуры смесей показали, что полная микро (нано) изотропность не достигается даже для термодинамически совместимых каучуков. Более эффективным путём оказалось создание и применение новых эластомеров - сополимеров с заданным строением полимерной цепи. Получение таких полимеров стало возможным за счёт разработки принципиально новых катализаторов и новой технологии полимеризации. Такие эластомеры уже выпускаются фирмами «Bayer Ag», «Lanxess DeutscMand Gmbh», «Goodyear Tire & Rubber», «Nippon Zeon Co», «LG Chem» и др. [23]. Известен способ, разработанный фирмой «Bayer Ag» [24] эмульсионной полимеризации и последующей коагуляции латекса БНК. Также данная компания зарегистрировала заявку на получение патента RU№2003100394 (Байер Акциенгезеллыпафт - DE) на производство разветвленных сополимеров на основе ненасыщенных нитрилов и сопряженных диенов.
Компанией «Lanxess DeutscMand Gmbh» разработан метод [25] получения БНК, пригодных для быстрой начальной и полной вулканизации с получением хорошего набора свойств вулканизата, путем эмульсионной полимеризации.
Компанией «Goodyear Tire & Rubber» предложен улучшенный способ [26] извлечения БНК из каучукосодержащей эмульсии состоящий из этапов: 1) добавление антиоксиданта (алкилированный орилофосфит) к каучуксо-держащей эмульсии для получения стабилизированной нитрилкаучуковой эмульсии; 2) добавление соли и кислоты к указанной стабилизированной нитрилкаучуковой эмульсии для получения суспензии коагулированного каучука, которая состоит из серума (составная часть латекса) и нитрилкаучуковой крошки; 3) отделение нитрилкаучуковой крошки от серума в суспензии; 4) смешивание нитрилкаучуковой крошки с промывочной водой для получения вторичной нитрилкаучуковой суспензии; 5) доведение рН вторичной нитрилкаучуковой суспензии до 5-8; 6) отделение нитрилкаучуковой крошки от промывной воды во вторичной суспензии и ее сушка. Компанией «Lightsey John W» предложен способ повышения эффективности процесса непрерывной свободнорадикальной эмульсионной полимеризации акрилонитрила и бутадиена с целью получения сополимера, имеющего высокое содержание связанного акрилонитрила.
Компания «Goodyear Tire & Rubber» предложила способ [27] эмульсионной полимеризации блок-сополимера 1,3-бутадиена с акрилонитрилом в растворе, позволяющий осуществлять строгий контроль концевых групп полимера с целью получения полимера с большой молекулярной массой и низкой дисперсностью раствора, а также осуществлять последовательную полимеризацию мономеров ("контролируемая полимеризация").
Ряд компаний, такие как «Guerin Frederic», «Guo Sharon X» и «Bayer Inc» предложили способ [28] получения БНК, имеющих молекулярный вес в пределах 25000-200000 г/моль, вязкость по Муни (ML 1+4, 100С) менее 25 и индекс полидисперсности менее 2,5.
Известен, предложенный компанией «JSR Corp., Ipc», способ [29] получения каучука ненасыщенного нитрила и сопряжённого диена. Компанией «Nippon Zeon Со» предложен способ [30] получения ненасыщенных нитрилсопряженных диеновых сополимеров, характеризующийся тем, что ненасыщенный нитрил и сопряженный диен полимеризуются в присутствии инициатора свободнорадикальной реакции, регулятора молекулярного веса - алкилтиола Ci2-Ci6, включающего, по крайней мере, 3 третичных атома углерода и имеющего атом серы, который непосредственно связан хотя бы с одним из третичных атомов углерода. Позже данной компанией предложены способы [31] получения ненасыщенных нитрилсопряженных бутадиен-акрилонитрильных сополимеров с тиольными остатками, путем сополимеризации акрилонитрила с бутадиеном в присутствии свободнорадикального инициатора и алкилтиольного соединения в качестве регулятора молекулярной массы при Т = 1-100С.
Компания «Goodyear Tire & Rubber» предложила способ [32] получения асимметричного олово-сцепленного (сшитого) бутадиен-акрилонитрильного полимера (акрилонитрила 1-50% , бутадиена- 50-99%).
Компанией «China Nat Petroleum Corp» предложен способ [33] получения порошка сшитого БНК с низким содержанием акрилонитрила. Способ включает использование калиевых или натриевых солей алифатических кислот и олеатов калия и натрия как компонентов эмульгатора с целью получения бутадиен-акрилонитрильного каучука путем эмульсионной полимеризации с содержанием акрилонитрила около 20%. Данная компания применяет способ [34] получения порошкового полусшитого БНК со средним значением вязкости по Муни. Способ включает стадии синтеза полусшитой бутадиен-акрилонитрильной крошки, коагуляцию и выделение каучука с целью формирования порошка, обезвоживание и сушку при низких температурах. Также данной компанией предложен способ [35] получения жидких БНК с молекулярной массой 400-12000 г/моль.
Для проведения контроля процесса полимеризации 1,3-бутадиена и акрилонитрила применяется метод IR-ATR-спектроскопии [36]. Способ основан на определении затухания IR абсорбции связей в мономерах по мере образования полимера.
Роль технологических добавок в резинах на основе бутадиен-нитрильных и гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков
В отечественной резиновой промышленности для защиты изделий от старения наиболее доступным является стабилизатор - Ацетонанил Н и его зарубежного аналога - TMQ [197]. При сочетании TMQ с производными ПФДА (IPPD, 6PPD) обеспечивается стабилизация резин от термоокислительного, усталостного и озонного воздействия. Существенным преимуществом TMQ, как АО, по сравнению с производными ПФДА, является значительно меньшая его испаряемость из резин, что обусловлено более высокой, чем у ПФДА, молекулярной массой.
В работе [198] рассмотрена возможность использования в качестве стабилизатора ТУ-фенил-ТУ -1,3-диметилбутил-п-хинон диимин (6-QDI), который обладает уникальными свойствами в диеновых каучуках, вулканизованных серой. После вулканизации процентное содержание 6-QDI в полимере уже не уменьшается. Эта часть 6-QDI химически связана или с полимером, или с техническим углеродом, или и с тем и другим. В таком виде он служит как связанный АО, демонстрируя значительное улучшение перед сочетаниями 6-PPD и TMQ [199]. Кроме того, другая часть 6-QDI превращается в 6-PPD, который свободно мигрирует к поверхности, действуя как антиозонант. Эти наблюдаемые для 6-QDI и других схожих продуктов эффекты обеспечивают значительные улучшения всех используемых в настоящее время систем стабилизаторов.
Проблемам повышения работоспособности и долговечности конструк ционных резин на базе исследований процессов старения, изучения роли отдельных факторов (физических, химических, механических) и химических агентов, регулирующих скорость и направление реакций, протекающих в объёме изделия, посвящены работы [200-203]. На примере вулканизатов на основе синтетического каучука изопренового показаны влияния различных стабилизаторов (Santoflex 13, Диафена ФП, Нафтама-2, IPPD, Модификатор НФА, Ацетонанила Р) на свойства резин и сформулированы новые направления повышения качества резиновых деталей. Ассортимент применяемых в производстве РТИ и шин стабилизаторов в России не велик, в основном применяются Диафен ФП, Ацетонанил Н, Нафтам-2, за рубежом для продления защитных действий стабилизаторов используют IPPD, 6PPD в комбинации с Wingstey 100. Использование достаточно дешёвых соединений, обладающих более высокой ММ и меньшей реакционной способностью, в производстве резиновых изделий является актуальной задачей. Примером может служить применение мало изученного М-фенил-М-а-метилбензил-«-фенилендиамина (SPPD). Исходя из структуры SPPD, можно полагать, что он должен обладать более низкой реакционной способностью по отношению к кислороду и озону, чем IPPD или 6PPD, так как фенильная группа метилбензильного фрагмента, являясь акцептором электронов, снижает электронную плотность на ближайшем атоме азота. Согласно расчётным и экспериментальным данным, SPPD диффундирует медленнее, чем даже 6PPD. Летучесть этого продукта также ниже, чем у других стабилизаторов: IPPD 6PPD W-100 SPPD.
В работе [159] исследовано влияние ПФДА на стабильность полимеров. Показано, что стабильность полимеров зависит от вида противостарите-ля. Установлено следующее соотношение эффективности противостарителей при одинаковой их молярной концентрации: TMPD (N-N-тетраметил-«-фенилендиамин) IPPD 77ПФДА (М-М/-бис-(1,4-диметилпентил)-« фенилендиамин) 6PPD DTPD (N-N-дитолил-«-фенилендиамин). Причины различия в эффективности ПФДА связаны с одной стороны их способностью к диффузии, с другой - с молекулярной структурой и вытекающей отсюда разной их реакционной способностью с кислородом [165]. Серьёзным недостатком стабилизаторов является то, что они удаляются из эластомер-ной композиции при экстракции растворителем или вследствие их летучести, что приводит к возрастанию скорости деструкции и повышению хрупкости резин. О быстром расходовании Диафена ФП при защите вулканизата от теплового старения говорит тот факт, что в ходе старения (100С х 72 час.) Диа-фен ФП полностью расходуется уже через 48 час, как продуктивно, за счёт обрыва кинетических цепей окисления, так и не продуктивно - путём испарения из резины. Этот недостаток можно преодолеть путём применения полимерных и сополимерных стабилизаторов, участвующих в образовании вулка-низационной сетки или используя композиционные стабилизаторы [204].
В последние годы для защиты полимерных материалов от воздействия внешней среды широко используют системы из двух и более стабилизаторов. В работах [200, 201] рассматриваются новые системы защиты резиновых изделий с применением перспективных видов ингибиторов старения, отличающихся меньшей испаряемостью и вымываемостью, обеспечивающих более высокую стойкость к многократным деформациям. Наиболее оптимальными из изученных защитных групп являются системы, содержащие IPPD (Диафен ФП) + 6PPD - М-(1,3-диметилбутил)-М-фенил-«-фенилендиамин (Santoflex 13) или EHPD - N-(2-3mnreKcm[)-N -фенил-«-фенилендиамн (ВТС-66) и TMQ (Ацетонанил Н) в соотношении (1,50-3,00 мае. ч.) : (2,00-1,00 мае. ч.) или IPPD или 6PPD + DTPD - N,N-дитолил-«-фенилендиамин (Wingstey 100) и TMQ в соотношении (1,50-4,00 мае. ч) : (1,00-2,00 мае. ч.). Особенно последняя система отлично защищает резины от действия много кратных деформаций в естественных условиях, не влияет на внешний вид изделий, хорошо стабилизирует резины от озонного растрескивания. Эффективность таких систем значительно повышается суммарной способностью отдельных стабилизаторов (аддитивный эффект), входящих в систему защиты, содержащую аминные, фенольные и другие классы стабилизаторов.
Актуальными в рецептуростроении являются работы по исследованию уменьшения непроизводительного расхода стабилизаторов, выраженного в их диффузии на поверхность изделия с последующим испарением [205, 206]. Эта проблема частично может быть решена при использовании эвтектических сплавов стабилизаторов. Находясь в таком состоянии, композиционный сплав обладает несколько иными параметрами сродства к эластомеру, чем его составляющие стабилизаторы. Можно определить композиционный сплав, как вещество, со свойственной его растворимостью в каучуке, причём отличной от аддитивной, полученной простым сложением растворимостей каждого стабилизатора по отдельности. Эти факторы позволяют композиционному стабилизатору несколько изменять характер протекания термоокислительных процессов и, в большинстве случаев, оказать положительное влияние на стабильность вулканизатов при действии на них тепла и кислорода. Авторами работ [205, 206] показана возможность использования такого противостарителя в резиновых смесях на основе полярных каучуков в производстве формовых и неформовых РТИ. При этом несколько улучшается технологичность смесей, озоностойкость сохраняется на уровне базовых вулканизатов. Дозировка композиционного стабилизатора составляет 10,00-12,00 мае. ч. на 100,00 мае. ч. полимера.
Исследование свойств резиновых смесей
Из табл. 3.11 следует, что введение в состав резиновой смеси CAB приводит к улучшению физико-механических свойств вулканизатов. При этом в допустимых пределах наблюдается снижение относительного удлинения при разрыве, увеличение твердости и на 10-12 % улучшается ОДС резины. Заметное падение прочности (более 60%) при температуре эксплуатации (100С для данной резины) может привести к снижению герметизирующей способности УЭ, а также большим вырывам на местах затекания резины в уплотняемое пространство.
С целью изучения влияния CAB на сохранение прочностных свойств при 100С были изготовлены 4 варианта резиновой смеси вышеуказанного состава на основе БНКС-40АМН с использованием вулканизационной системы: Новоперокс ПБ-40 (8,00 мае. ч.); CAB (2,00 мас. ч.). При этом сравнивали ТАЦ, ТАИЦ и ./и-фенилендималеимид (Deltagran HVA-2 70GE).
Из приведенных в табл. 3.12 показателей вулканизатов видно, что введение CAB значительно снижает ОДС и повышает сопротивляемость резины к изменению прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве после воздействия агрессивных сред (воздух, СЖР-3) при повышенных температурах. Из трех изученных CAB Deltagran HVA-2 70GE наилучшим образом повышает термостойкость резины, заметно снижает изменение массы в СЖР-3. По-видимому, это связано с изменением структуры вулканизационной сетки - увеличением плотности химических цепей v, что приводит к качественно новым свойствам. При вулканизации, наряду с образованием обычных тетрафункциональных С-С поперечных связей происходит уплотнение вулканизационной сетки через CAB, что приводит к качественно новым свойствам резин. Данные по набуханию резины в толуоле в течение четырех суток с расчетом значений v свидетельствуют об увеличении полифункциональных вулканизационных узлов и улучшении структуры вулканизационной сетки. Изменение твердости вулканизата, содержащего Deltagran HVA-2 70GE, после воздействия температуры и агрессивных сред в течение 24 час. также оказалось наименьшим.
Бутадиен-нитрильные каучуки обладают хорошими эксплуатационными свойствами и часто используются в качестве основы резины УЭ в составе пакеров, работающих в агрессивной среде при повышенных температурах. Серьезным недостатком резин на основе БНК является их неудовлетворительная работоспособность при температурах выше 100С из-за резкого снижения прочностных показателей. Так, например, для изучаемой нами резины на основе БНКС-28АМН с пероксидной системой вулканизации, содержащей 2,00 мас. ч. Диафена ФП и 1,00 мае. ч. Ацетонанила Н, предел прочности при растяжении при температурах 23 С и 100 С, составляет 15,1 и 6,4 МПа соответственно.
Проблема сохранения прочностных свойств резин, эксплуатируемых при повышенных температурах, является актуальной. Известно [218,219], что соли непредельных кислот положительно влияют на процессы серной и пероксидной вулканизации, то есть позволяют повысить плотность и регулярность поперечных связей между макромолекулами каучука. Отличительной особенностью солевых вулканизатов является повышение их статической прочности даже в отсутствии усиливающих наполнителей за счёт образования полисолей. Такие вулканизаты сохраняют прочность также при повышенных температурах.
При проведении исследований по разработке рецептур резиновых смесей с применением новых каучуков и ингредиентов с целью повышения физико-механических свойств вулканизатов было замечено, что оксид цинка практически не оказывает влияние на реометрические показатели резиновых смесей с пероксидной системой вулканизации. В связи с этим, с целью повышения и стабилизации упруго-прочностных показателей резины на основе БНК и ГБНК, нами исследовалась возможность использования в качестве активаторов пероксидной вулканизации взамен Цинковых белил органических солей цинка (солей метакриловой кислоты) - монометакрилата и диметакрилата цинка. На рис. 3.8 приведены структурные формулы монометакрилата (ММАЦ) и диметакрилата (ДМАЦ) цинка. o Zn OH
При проведении исследований ставилась задача определить, каким образом ММАЦ и ДМАЦ способствует улучшению структуры сетки вулкани-зата. Для этого изучалась кинетика вулканизации резиновой смеси на реометре MDR-3000. Физико-механические свойства вулканизатов определяли согласно действующих в резиновой промышленности стандартов. Плотность вулканизационной сетки определялась методом равновесного набухания образцов резины в толуоле (23Сх96 час.) и рассчитывались по уравнению Флори-Реннера.
Поскольку на процессы вулканизации резиновых смесей влияют различные факторы (полярность каучуков, содержание и активность наполнителей, количество и структура CAB и пероксидов) нами исследовались также роль солей метакриловой кислоты в составе наполненной модельной резиновой смеси на основе БНК. При этом также сравнивали влияние оксида цинка разной дисперсности: Нано-ZnO [220] и ZnO, выпускаемого согласно ГОС 202-84, а также стеарата цинка. Для этого были изготовлены пять вариантов модельной резиновой смеси на основе БНКС-28АМН: без Цинковых белил (1), с Нано-ZnO (2), с Цинковыми белилами (3), со Стеаратом цинка (4) и с ММАЦ (5). Все цинксодержащие ингредиенты вводились в резиновую смесь по 5,00 мас.ч. Кроме каучука и цинксодержащих ингредиентов в состав резиновой смеси входили (мае. ч.): Новоперокс БП-40 (7,00), Малеид Ф (2,00), ТУ П 514 (50,00), МГФ-9 (10,00), Агидол-2 (2,00). Реометрические и физико-механические свойства этих вариантов резиновой смеси приведены на рис. 3.10 и табл. 3.13.
Исследование кинетики пероксидной вулканизации и свойств резин с использованием различных соагентов вулканизации
Прогнозирование возможного поведения разработанных резин в реальных условиях эксплуатации, а также оптимизация их составов и способа производства проводились в лабораторных и производственных условиях с изучением физико-механических показателей по действующих стандартам, а также по разработанным нами и потребителем (НПФ "Пакер") методикам.
Одновременно с этими испытаниями было изучено влияние времени вулканизации на свойства УЭ. В настоящее время НПФ "Пакер" использует более 50 типов УЭ различных геометрических размеров и массы. Все они имеют цилиндрическую форму с насадным отверстием посередине. Масса
Согласно разработанным рецептам, в производственных условиях по специальной технологии в резиносмесителе типа "Intermix" серии SKI - 50 L в две стадии были изготовлены три вида резиновых смесей для УЭ с разной твердостью. Коэффициент загрузки объема камеры резиносмесителя на I стадии составлял 70%, на II стадии 85%. Скорость вращения роторов переменная: начальная - 30, смешения каучука с ингредиентами 40-45 и доработка в конце цикла смешения 30 об/мин. Температура выгружаемой резиновой смеси не более 130С. Введение в маточную резиновую смесь вулканизующих агентов проводилось во второй стадии при частоте вращения роторов 30-35 об/мин. Цикл смешения I стадии 6-7 мин., II стадии 4-5 мин.
После выгрузки из резиносмесителя резиновая смесь дорабатывалась на вальцах со сток-блендором в течение 6-7 мин. с последующим охлаждением в фестонной установке до температуры не более 20С (температура охлаждающей воды 14±2С). Примерный режим смешения резиновой смеси с твердостью 90 ± 5 ед. Шор А приведен в табл. 3.29.
Метод плунжерного литья крупногабаритных формовых РТИ, в том числе и УЭ для пакеров, является одним из наиболее прогрессивных технологических процессов. При его реализации важным является получение равномерной вулканизационной сетки по всему объему УЭ. При этом требуется определение времени и температуры вулканизации, при которых УЭ приобретают наилучшие (оптимальные) свойства - прочность, твердость, эластичность, ОДС и способность сопротивления к набуханию в агрессивных средах. Проведение вулканизации при оптимальных времени и температуре, не допуская перевулканизации, является трудной технологической задачей.
Вследствие низкой теплопроводности резиновых смесей распределение температуры, а следовательно, и степени вулканизации материала, носят ярко выраженный неоднородный характер. Так, например, поверхность УЭ практически мгновенно принимает температуру формы, а его центр прогревается наиболее медленно и реакция вулканизации протекает здесь с существенным запаздыванием по отношению слою, прилегающему к пресс 160 форме. Это приводит к неоднородности изделия по степени вулканизации по всему объему, а также к возникновению у УЭ ряда дефектов: втянутая «кромка», втянутый «литник», скол массива, трещины.
Основными задачами при разработке резиновых смесей, кроме требований термоагрессивостойкости, являются улучшение литьевых свойств (вязкость, пластичность, формуемость), а также определение оптимального режима вулканизации и термостатирования массивного изделия. При этом нужно учесть, что нет необходимости доводить центр изделия до оптимума вулканизации непосредственно во время пребывания УЭ в пресс-форме. Низкая температуропроводность приводит сначала к неравномерному прогреву изделия в форме, а затем является причиной наиболее медленного падения температуры в массиве изделия после его извлечения из пресс-формы и охлаждения на воздухе. В табл. 3.30 приведен разработанный режим вулканизации УЭ АХА 8.223.239-02 из резиновой смеси на основе ГБНК и БНК в соотношении 90:10 с твердостью 90±5 ед. Шор А.
Подбор времени и температуры вулканизации УЭ является важной технологической задачей. Дополнительное исследование путем определения плотности вулканизационной сетки с применением метода равновесного набухания в толуоле показало, что наиболее равномерное распределение степени вулканизации по всему объему УЭ достигается только после термостатирования. УЭ подвергались термостатированию на воздухе при температуре 160С (на 10С выше температуры эксплуатации пакера). Нами исследовалось изменение массы образцов резины, вырезанных в разных местах УЭ (с наружной стороны (1), в центре (2), сверху (3), снизу (4) и с внутренней стороны (5)) после термостатирования УЭ при 160С и выдержки образцов резины в среде толуола при 25С в течение 96 час. Образцы резины вырезались произвольной формы массой не менее 3 гр. Схема отбора образцов резины с УЭ приведена на рис. 3.30.
Приведенные на рис. 3.31 данные свидетельствуют о том, что УЭ из резиновой смеси на основе комбинации ГБНК и БНК вулканизуются неравномерно и требуют термостатирования не менее 6 час. Увеличение величины Am после 10 и 12 час. термостатирования свидетельствует об ухудшении вулканизационной сетки на месте контакта пресс-формы с нагревательной плитой пресса для 3 и 4 образцов резины, где вероятно происходит незначительная деструкция вулканизата.
Применение УЭ в условиях действия высоких температур связано с рядом проблем. При повышении температуры реальная твердость изделия существенно падает. Например, твердость изучаемой резины при комнатной температуре 93 ед. Шор А, а при 150С 77 ед. Шор А. Это приводит к снижению надежности УЭ, т.е. к облегчению их разрушения, потере герметичности установки, вызванной таким фактором, как осевое давление (до 16 тонн), выдавливанию резины в зазор между лепестками из-за конструкционных особенностей пакера.
Поскольку показатели ОДС очень важны для УЭ пакеров, нами была разработана методика, позволяющая определить равномерность вулканизационной сетки по всему объему уплотнителя. Для этого УЭ сжимались на 30% при температурах 50, 100 и 150 С в течение 24 час. На рис. 3.32 представлены изменения ОДС УЭ из разработанных резин.
