КОМПОЗИТ «ПРОБКУР»: полиуретан + отходы пробки
Резинопробковые композиции, благодаря высокой технологичности, используются в автомобильной промышленности в качестве прокладочного материала. Однако такие материалы дороги и обладают недостаточной стойкостью к действию специфических сред. В этой связи была предпринята попытка получить полимерный композиционный материал на основе полиуретана с использованием в качестве наполнителя пробковых отходов ортопедических производств.
Высокая стойкость к действию растворителей, агрессивных химических сред и масел обуславливает использование полиуретанов (ПУ) в качестве прокладочного материала (1).
С другой стороны, пробка, или кора пробкового дуба обладает уникальными свойствами, обусловленными тем, что она ~ на 90%, состоит из воздуха, заключенного в герметичные полости, выполненные из прочного и эластичного материала, сохраняет свою упругость и восстанавливаемость при больших нагрузках даже в агрессивных средах. Это обстоятельство послужило предпосылкой создания резинопробковых композиций, которые находят свое применение в автомобильной промышленности в качестве прокладочного материала. Высокая технологичность резинопробковых прокладок достигается за счет природных свойств пробки, обладающей высокой эластичностью и способностью восстанавливать первоначальный объем до 90%. Если иные материалы для плотного прилегания поверхностей требуют затяжки со значительными усилиями, то резинопробковые прокладки можно затягивать с усилием почти в два раза меньше по сравнению с обычным.
Однако, используемые в настоящее время резинопробковые прокладки зарубежного и отечественного производства дороги (пробковый дуб произрастает в Испании) и обладают недостаточной стойкостью к действию специфических сред.
В этой связи была предпринята попытка получить полимерный композиционный материал (ПКМ) на основе ПУ с использованием в качестве наполнителя пробковые отходы ортопедических производств.
Ранее был разработан ПКМ ”Пробкур”, получаемый холодным прессованием композиции на основе ПУ связующего с использованием тех же отходов по своим свойствам приближающимся к натуральной пробке. 2. Однако в силу недостаточной прочности и высокой пористости он не может использоваться в качестве прокладок в ответственных узлах уплотнения.
Объектом исследования служили ПКМ на основе полиуретанов, выпускаемые ОАО “Казанский завод СК” УК, СКУ-8 и его модификации (табл.1).
Как видно, все используемые полимеры дают возможность получить ПКМ с удовлетворительными свойствами. Однако их уровень недостаточен для успешной конкуренции с известным аналогами, уловная прочность при растяжении которых должна быть не менее 7 МПа. С другой стороны, по одному из основных показателей - впитываемость масла - все изученные материалы превосходят норматив, который составляет 45%.
Таблица1. Влияние типа используемого ПУ на свойства ПКМ, полученного при соотношении ПУ : Пр : отвердитель = 1,0:0,5:0,1
Показатель | УК-1 | СКУ-8 ТБ | СКУ-8А | СКУ-8М |
| Плотность, кг/м3 | 835 | 785 | 780 | 880 |
| Твердость по Шору А усл.ед. | 70-75 | 70 | 65 | 70 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 4,9 | 5,2 | 6,1 | 5,2 |
| Эластичность по отскоку, % | 25 | 32 | 34 | 30 |
| Впитываемость масла,%мас. | 4,1 | 4,8 | 5,8 | 9,1 |
С целью оптимизации рецептуры ПКМ было исследовано влияние соотношения ПУ:Пр (табл.2).
Таблица 2. Влияние количества наполнителя на свойства ПКМ на основе СКУ - 8 А
Показатель | ПУ : Пр | ||
| 1,0 : 0,5 | 1,0 : 0,75 | 1,0 : 1,0 | |
| Плотность, кг/м3 | 660 | 730 | 780 |
| Твердость по Шору А усл.ед. | 60 | 65 | 70 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 5,2 | 5,9 | 6,1 |
| Эластичность по отскоку, % | 34 | 32 | 32 |
| Впитываемость масла, % мас. | 11,7 | 5,8 | 3,7 |
Как явствует из данных табл. 2 с увеличением содержание пробки в ПКМ растет плотность, твердость, прочность, маслостойкость. При этом эластичность остается примерно на одном уровне.
При изучении влияние количества отвердителя на физико-механические показатели ПКМ было выявлено, что при увеличении его содержания растет прочность полимера и, как следствие, композиции в целом (табл.3).
Таблица 3. Влияние количества отвердителя на свойства ПКМ на основе УК-1 при соотношении ПУ : Пр=1,0:0,75
Показатель | Отвердитель, % мас. | ||
| 5 | 10 | 15 | |
| Плотность, кг/м3 | 720 | 835 | 860 |
| Твердость по Шору А усл.ед. | 65 | 70-75 | 75 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 4,4 | 4,9 | 15,5 |
| Эластичность по отскоку, % | 27 | 25 | 28 |
| Впитываемость масла, % | 8 | 4,1 | 4 |
Таким образом была разработана технология получения ПКМ, названная “Пробкур В”, позволяющая получать прокладочный материал широкого спектра использования со следующими основными характеристиками (табл.4):
Таблица 4. Сравнительная характеристика Пробкур В
Показатель | Пробкур В | Норма |
| Плотность, кг/м3 | 800 | 750-800 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 8-10 | 7-8 |
| Впитываемость, % не болееа)водыб)бензинав)минерального масла | 452 | 407045 |
| Сжимаемость, % в пределах | 16 | 15-30 |
| Упругое сжатие после снятия нагрузки, % не менее | 85 | 85 |
Материал прошел успешную апробацию в качестве прокладок, применяемых в двигателях внутреннего сгорания и дизельных, работающих в среде горячих масел и топлив, а также в химической, пищевой и вино-водочной промышленности. Экономически материал успешно конкурирует с существующими в силу того, что при его изготовлении используются отходы коры пробкового дуба, полученные после шарошевания деталей ортопедической обуви.
Литература:
1. Райт П., Камминг А. Полиуретнаовые эластомеры. Под редакцией Н. П. Апухтиной, Л.: Химия, 1973.330с
2. Шильникова Н.В., Муратова Г.Я., Зенитова Л.А. Композиционный материал “Пробкур", Тезисы .докладов 2 Уральской конференции "Наукоемкие полимеры и двойные технологии технической химии", Пермь,1997. С 57
Н.В. Шильникова, Л.А. Зенитова, В.Т. Новосельцев,
Казанский государственный технологический университет, г. Казань