Термокинетический метод прогнозирования долговечности эластомерных композиций Асловская, Оксана Анатольевна

Введение к работе

Актуальность темы диссертации. Определение сроков надеж-ой эксплуатации (долговечности) эластомерных композиций и изделий а их основе является одной из наиболее актуальных проблем физико-шии и технологии эластомеров. В условиях хранения и, особенно, экс-пуатации в эластомерных материалах при протекании процессов ста-ения происходят необратимые изменения, приводящие к ухудшению, а о временем и к полной потере деформационно-прочностных свойств, пределяющих долговечность исходного материала. В связи с этим, ус-ановление гарантийных сроков службы эластомерных материалов меет большое практическое значение. Особенно важна точность опре-еления долговечности, так как неполное использование ресурса изде-ий экономически нецелесообразно, а опоздание с заменой изделия южет привести к нежелательным последствиям, а а некоторых случаях аже к аварийным ситуациям.

Обычно при прогнозировании срока службы материала рассматри-ают две разноплановые заДзчи. Первая заключается в определении роков службы эластомерного материала в заданных условиях хранения

эксплуатации. Она относится к области физико-химии эластомеров и южет решаться теоретически или экспериментально на основе резуль-атов модельных или ускоренных испытаний материалов в контроли-уемых условиях. Вторая задача связана с решением вопросов опреде-ения гарантийного срока службы материала в конкретном изделии, то сть в элементах конструкции в сложнонапряженном состоянии. Она от-осится к области теории надежности и решается методами математи-еской статистики.

Созданные к настоящему времени и используемые на практике в 'Б и за рубежом методы прогнозирования долговечности эластомерных іатериалов являются длительными, малопроизводительными, не учи-ывают, как правило, условий эксплуатации и хранения изделий из эла-томерных материалов, дают завышенные, нереальные значения дол-эвечности. Для решения этой проблемы необходим поиск новых крите-иальных параметров, связанных с временем деструкции эластомерных омпозиций, и создание оригинальных методов надежного прогнозиро-ания долговечности эластомерных материалов.

Связь работы с крупными научными программами, темами, [иссертационнзя работа выполнялась в соответствии с темами: Разработка физико-химических основ экспресс-метода определения бальной долговечности резин» (№ гос. регистрации 1994809, 1S93-

"I

1995 гг.) и «Термокинетический метод прогнозирования долговечное изделий из пластических масс и эластомеров» (№ гос. регистраці 1995747, 1995-1997 гг.), которые разрабатывались по заданию Мин стерства образования и науки РБ, а также в рамках государственн* программы фундаментальных исследований «Полимер» (1996-2000 гг раздел программы «Развитие принципов рецептуростроения полиме ных материалов технического назначения на основе эластомеров и пл стмасс с улучшенными эксплуатационными свойствами» (распоряжені Президиума НАНБ № 190 от 02.12.96).

Цель к задачи исследования. Цель настоящей работы заключ лась в разработке физико-химических основ универсального экспрес метода прогнозирования реальной долговечности эластомерных комп зиций любого состава, подвергаемых воздействию важнейших эксплу тационных факторов.

Для достижения поставленной цели были определены основні задачи исследования:

1. Изучить температурную зависимость энергии активации де( рукции эластомерных композиций на основе кзучукоо различного хил/ ческого строения в широком интервале температур;

2. Определить условия проведения термоокислительной дестр^ ции резин, исключающие изменение структуры материала в процес испытания;

3. Исследовать влияние важнейших эксплуатационных фактор* тепла, озона, УФ излучения, циклических нагрузок при их раздельного совместном действии на снижение энергии активации термоокислите; ной деструкции U₀ и долговечности резин;

4. Определить гарантийные сроки хранения и эксплуатации з; стомерных композиций широко используемых рецептур.

Научная новизна полученных розультатоо:

5. Впероыа установлено и объяснено снижение скорости терг, окислительной деструкции эластомерных композиций различных роц< тур в области релаксационного Х-перзхода (60-70 С), обусловлена ростом энергии активации процесса;

6. Обосновано проведение термоокислительной деструкции Зі стомерных композиций о низкотемпературном интервала от 20 С температур релаксационного Х-перехода в еластомерах и при допол тельном наложении поля растягивающего механического напряжен то есть в условиях, обеспечивающих ускоренные испытания б83 из: мания исходной структуры материала;

3. Впервые проведена количественная оценка влияния на долго-ечность эластомерных композиций ряда важнейших эксплуатационных іакторов, а также химического строения каучуков и рецептуры компози-ий через соответствующие изменения параметра U₀;

4. Доказана правомочность применения принципа сложения долей азрушения для оценки влияния на долговечность эластомерных компонуй совместного действия различных факторов при последователь-эм их наложении.

Практическая значимость полученных результатов: технический эффект достигается путем создания новых видов техники и технологий за счет использования эластомерных материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами и повышенной долговечностью;

социальный эффект состоит в исключении нежелательных последствий и аварийных ситуаций вследствие неожиданного выхода из строя (разрушения) изделий на основе эластомерных материалов; экологический эффект заключается в снижении накопления полимерных отходов за счет более полного использования ресурса изделия при повышении точности определения гарантийных сроков хранения и эксплуатации.

Экономическая значимость полученных результатов. Приме-зниа разработанного метода прогнозирования долговечности эласто-эрных композиций позволяет экономить материальные и энергетиче-:ие ресурсы при создании новых эластомерных материалов с заданим комплексом свойств, сокращать сроки оценки эффективности ста-ілі.зирующих систем и сроки определения долговечности эластомерах изделий при создании новой конкурентоспособной продукции. Эко-шический эффект от использования метода прогнозирования долго-їчности эластомерных композиций при онедрении только на одном ?эдприятии (Русско-германское СП «РОТТЕХ») составляет 10 тыс. )ссийских рублей (на 01.01.93).

Оснозныэ положения диссертации, оымоеимыэ на защиту :

1. Протекание тормоокислитвлыюй деструкции резин в твердой эзз о разных температурных областях с различной знергизй октява-іи;

2. Применеккэ для определения яслгозочности элостомерных «позиций о качества критериального парздгэтра зффсктипноЯ знерппз тивацни тзрмоокислитсльной деструкции, соотвзтетоующгй етрузтгурз ігин до релаксационного ^-перехода;

3. Метод прогнозирования долговечности эластомерных компози ций по аналитической зависимости т = f (U₀) при проведении испытание в низкотемпературном интервале от 20 С до температур релакса ционного Х.-перехода в эластомерах и при дополнительном наложение поля растягивающего механического напряжения, ускоряющего деструк тивные процессы;

4. Возможность учёта и количественной оценки влияния ряда важ нейших эксплуатационных факторов и рецептуры на долговечность зла-стомерных композиций через соответствующие изменения параметра Uo и на основе принципа сложения долей разрушения.

Личный вклад соискателя. Соискатель принимал непосредственное участие в постановке задач исследования, проведении экспериментов, обсуждении результатов экспериментальных данных, в подготовке докладов и публикаций, во внедрении метода на предприятиях резиновой промышленности и научных учреждениях.

Апробация результатов исследования. Основные результаты научных исследований доложены и обсуждены на научно-технически> конференциях Белорусского государственного технологического университета (г. Минск, 1995 и 1996 гг.), на Второй, Третьей и Четвертой российских научно-практических конференциях резинщиков «Сырье и материалы для резиновой промышленности: Настоящее и будущее» (г. Москва, 1995-1937 гг.), на Второй международной научно-технической конференции «Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии» (г. Гродно, 1996 г.), на Восьмом международном симпозиуме «Проблемы шин и резинокордных композитов: Дорога, шина, автомобиль» (г. Моек-аа, 1997 г.),

Опубликовашюсть результатов. .Основные результаты исследования изложены о 7 статьях, 4 тезисах докладов конференций. Получено решение на выдачу патента Республики Беларусь по заявко Ns .

Структура г. объои диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Изложена на 169 страницах текста, содержит 44 иллюстраций. 1С таблиц, 6 приложений на 23 страницах, 157 литературный источников. В приложениях пркоодятся акты испытаний и расчетов долговечности розин по заявкам предприятий и НИИ, акты опытно-промышлзмньзх внедрений метода прогнозирования долговечности зластомеркых композиций; решение государство:'.мой патентной экспертизы по заявко ив нзобрзте^о Ш 231195; алгерггта прогргимы расчета долговечности, реализованный на языка Бейсик.