Коксуйское месторождение шунгита

Введение
Основная часть
1 Литературный обзор
1.1 Минеральные наполнители для резин
1.2 Модификация резин наполнителями
2.2 Приготовление резиновых смесей и определение
физико.механических свойств вулканизатов
2.2.1 Смешение резиновых смесей
2.2.2 Определение технологических свойств резиновых смесей
2.2.3 Вулканизация резиновых смесей в прессах
2.2.4 Оопределение физико.механических свойств вулканизатов
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1.1 Рентгеноструктурный и ИК . спектрометрический анализ состава шунгита Коксуского месторождения
3.1.2 Исследование свойств резин, наполненных механоактивированным шунгитом Коксуского месторождения
3.1.3 Исследование свойств резин, модифицированных шунгитами Коксуского месторождения
3.1.4 Разработка рецептур и приготовление резиновых смесей с использованием шунгита Коксуского месторождения
3.1.5 Исследование свойств резин, модифицированных шунгитами Коксуского месторождения
Заключение
Список использованных источников

Одной из остро стоящих проблем эластомерной промышленности нашей Республики является недостаток доступных ингредиентов полифункционального действия. Сейчас к резиновым изделиям предъявляются вес более жесткие требования: они должны быть термостойкими, сохранять работоспособность в условиях агрессивных сред, высоких скоростей и частот деформации. Особенно высокие требования предъявляются к автомобильным шинам, которые должны обладать безопасностью при эксплуатации и долговечностью. Введение ингредиентов полифункционального действия является одним из эффективных способов улучшения физико-механических и технологических свойств резин.
Улучшение эксплуатационных характеристик резин до последнего времени достигалось преимущественно за счет синтеза новых эластомеров и наполнителей, совершенствования вулканизационных и стабилизирующих добавок в основном импортного производства.
В настоящее время важным направлением научно-исследовательской мысли в резиновой промышленности является поиск отечественных наполнителей полифункционального действия, так как решение этой проблемы позволит решить комплекс технологических и экономических проблем.
Открытие в Республике Казахстане уникального Коксуского месторождения шунгитов позволило провести исследования по использованию шунгитов в качестве ингредиентов шинных резин. Выбор данного сырья обусловлен его теоретической и практической значимостью. Шунгиты являются уникальными соединениями, так как благодаря необычной структуре природного композита - равномерному распределению высокодисперсных кристаллических силикатных частиц в аморфной углеродной матрице он обладает комплексом уникальных свойств. Шунгит один из немногих минералов, который нашел широкое применение практически во все отраслях промышленности, благодаря своим высоким

1. Федоров В.Б., Тананаев И.В. Энергонасыщенные системы и кластеры. // Журн. Всесо¬юзного хим. общ. Им. Д.И. Менделеева - 1987. - № 1. с. 43-47
2. Механохимический синтез в неорганической химии./ Под ред. Е.Г. Аввакумова. - Но¬восибирск: Наука, 1991. 259с.
3. Петрунин В.Ф. Об искажениях атомной структуры в ультрадисперсных средах. //Изв. АНСССР.Сер.Физ.-Т50, 1978-№5. с. 1566- 1568.
4. Красильникова М.К., Соколов Б.Д. Современные тенденции применения природных и синтетических минеральных наполнителей в шинной промышленности. //производство шин: Тематический обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1990. 76 с.
5. Усиление эластомеров. /Под ред. К.А.Печковской. М.: Химия, 1968. 216 с.
6. Наполнители для полимерных композиционных материалов. /Под. Ред. Г.С. Каца и Д.В. Милевски. М.: Химия, 1981. 736 с.
7. Туторский И.А., Потапов Е.Э., Шварц А.Г. Химическая модификация эластомеров. М.: Химия, 1993. 317 с.
8. Керча Ю.Ю., Онищенко З.В., Кутянина В.С., Шелковникова Л.А. Структурно-химическая модификация эластомеров. Киев.: Наукова думка, 1989. 213 с.
9. Сидоренко С. А., Сидоренко А. В.. Органическое вещество в осадочно-метаморфических породах докембрия, М., 1975. 320 с.
10. Сидоренко С. А., Сидоренко А. В.. Шунгиты Карелии и пути их комплексного использования, Петрозаводск, 1975. 245 с.
11. Борисов П. А.. Карельские шунгиты. М.: Химия, 1999. 350 с.
12. Соколов В. А.. Геология и литология карбонатных пород среднего протерозоя Карелии, М.: Химия, 2001. 277 с.

Дисциплина: Горное дело
Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 26 страниц
В избранное:

Перечень сокращений, условных обозначений, символов,
единиц и терминов
РТИ – резинотехнические изделия;
ПАВ – поверхностно-активные вещества;
ЭКС – эпоксидная смола;
мкм – микрометр (1·10-6 м) – длина;
А0 – ангстрем (1·10-10 м ) – длина;
m – кг, г, т – масса вещества;
кг – килограмм – масса;
т – тонна (1000 кг) – масса;
τ – с, мин, ч – время;
с – секунда – время;
мин – минута (60 с) – время;
ч – час (3600 с) – время;
Р – Па – давление;
кгссм2 – килограмм-сила на квадратный сантиметр (9,80665·10 4 Па) –
давление;
моль (М) – моль – количество вещества;
м2 – квадратный метр – площадь;
м3 – кубический метр – объем, вместимость;
л – литр (1·10-3 м3) - объем;
V – литр, метр в кубе – объем;
кгс – килограмм в секунду – массовый расход;
кгм3 – килограмм на кубический метр – плотность;
мс – метр в секунду – скорость;
Н – ньютон – сила, вес;
Дж – джоуль – энергия, работа, колическтво теплоты;
В – вольт – электрическое напряжение, электрический потенциал;
Дж(кг · К) – джоуль на килограмм-кельвин – удельная теплоемкость;
Введение
Одной из остро стоящих проблем эластомерной промышленности нашей
Республики является недостаток доступных ингредиентов полифункционального
действия. Сейчас к резиновым изделиям предъявляются вес более жесткие
требования: они должны быть термостойкими, сохранять работоспособность в
условиях агрессивных сред, высоких скоростей и частот деформации. Особенно
высокие требования предъявляются к автомобильным шинам, которые должны
обладать безопасностью при эксплуатации и долговечностью. Введение
ингредиентов полифункционального действия является одним из эффективных
способов улучшения физико-механических и технологических свойств резин.
Улучшение эксплуатационных характеристик резин до последнего времени
достигалось преимущественно за счет синтеза новых эластомеров и
наполнителей, совершенствования вулканизационных и стабилизирующих добавок
в основном импортного производства.
В настоящее время важным направлением научно-исследовательской мысли в
резиновой промышленности является поиск отечественных наполнителей
полифункционального действия, так как решение этой проблемы позволит решить
комплекс технологических и экономических проблем.
Открытие в Республике Казахстане уникального Коксуского месторождения
шунгитов позволило провести исследования по использованию шунгитов в
качестве ингредиентов шинных резин. Выбор данного сырья обусловлен его
теоретической и практической значимостью. Шунгиты являются уникальными
соединениями, так как благодаря необычной структуре природного композита -
равномерному распределению высокодисперсных кристаллических силикатных
частиц в аморфной углеродной матрице он обладает комплексом
уникальных свойств. Шунгит один из немногих минералов, который нашел
широкое применение практически во все отраслях промышленности, благодаря
своим высоким технологическим свойствам. Только в шинной промышленности
шунгиты могут быть использованы в качестве ингредиентов полифункционального
действия – наполнителей и модификаторов.
• исследован структурный состав шунгита Коксуского месторождения;
• разработаны рецепты резиновых смесей с введением в состав последних
шунгита;
• определены прочностные и адгезионные свойства вулканизатов;
• экспериментально доказана целесообразность наполнения и модификации
резин шунгитами.

Структура и объем учебно – исследовательской работы
Отчет по УИРС изложена на 56 страницах машинописного текста и
включает в себя введение, перечень сокращений, условных обозначений,
терминов, 3 главы, заключение, список использованных источников, включающий
75 наименований, аннотацию на русском, казахском и английском языках, 14
рисунков, 8таблиц.

Основная часть
1 Литературный обзор
1.1 Минеральные наполнители для резин
Одним из эффективных способов модификации свойств полимерных материалов
является их наполнение – введение твердых или газообразных веществ –
наполнителей, которые, равномерно распределяясь в объеме получающейся
композиции, образуют четко выраженную границу раздела с полимерной средой.
Введение наполнителей способствует улучшению физико-механических и
технологических свойств полимеров, а также увеличению объема материала,
т.е. снижению его стоимости 1-4.
Действие наполнителя определяется множеством факторов – формой и размером
частиц, особенностями взаимодействия с полимером, особенностями
взаимодействия между частицами наполнителя в среде полимера, количеством
наполнителя и другими, При введении наполнителей в полимер между полимером
и наполнителем возможно адсорбционное, а в некоторых случаях и химическое
взаимодействие на границе двух фаз. Это взаимодействие тем сильнее, чем
больше поверхность контакта полимера с наполнителем, т.е. чем меньше размер
частиц наполнителя и, соответственно, больше его суммарная поверхность.
Адсорбционное и химическое взаимодействие на границе раздела фаз
существенно зависят от природы полимера и наполнителя, от свойств
поверхности наполнителя, наличия на ней низкомолекулярных веществ, а также
от условий смешения полимера с наполнителем.
К неорганическим наполнителям относятся как минеральные наполнители
природного происхождения – мел, каолин и другие, так и синтетические
минеральные наполнители – коллоидная кремнекислота, оксиды и силикаты
различных металлов.
Минеральные наполнители природного происхождения, как ингредиенты
резиновых смесей, с самого начала развития резиновой промышленности нашли
широкое применение. Хотя они и изменяли физические свойства вулканизатов,
придавая им ряд положительных свойств, но основной целью их применения было
снижение стоимости резиновых изделий. Они также применялись для получения
цветных резин на основе натурального каучука. Свойства некоторых
минеральных наполнителей для резин приведены в таблице 1.
Таблица 1
Физико-химические свойства наполнителей
Показатель Наполнители
Мел Тальк Каолин
химический состав CaCO3 3MgO.4SiO2.H2O Al2O3.SiO2.H2O
цвет измельченного
материала Белый серый, белый белый
Форма частиц зернистая чешуйчатая пластинчатая
поверхностные свойства гидрофильные гидрофильные гидрофильные
частиц
Плотность, кгм3 2700-2900 2700-2800 2580
рН водной вытяжки 9,3 9,0-9,5 4,5

С расширением производства синтетических каучуков возникла необходимость
в применении усиливающих наполнителей, обеспечивающих высокую
термостойкость, стойкость к различным агрессивным средам, негорючесть и
другие свойства. Усиление каучуков заключается в том, что при введении
тонкодисперсных наполнителей в резиновые смеси происходит существенное
увеличение прочности и улучшение некоторых физико–механи-ческих свойств
вулканизатов в высокоэластическом состоянии: сопротивления истиранию и
раздиру, прочность при удлинении, твердость и т.п. Важнейшим фактором,
определяющим усиливающее действие наполнителей, является их дисперсность,
характеризуемая размером частиц или удельной поверхностью. Подобным
требованиям отвечают минеральные наполнители, такие как, например, мел и
каолин. Резиновые смеси, наполненные мелом, легко каландрируются и
шприцуются, имеют ровную поверхность, хорошо заполняют формы. При введении
каолина повышаются прочность при удлинении, твердость и сопротивление
истиранию вулканизатов. Кроме этого, каолины повышают диэлектрические
показатели, масло- и бензостойкость, а также кислотостойкость резин.
Природным минералом, обладающим свойствами и составом близким к каолину
является цеолит 4-7.

1.2 Модификация резин наполнителями
Понятие химической модификации полимеров чрезвычайно многогранно и она
может быть определена следующим образом: ”Модификация – это направленное
изменение свойств полимеров при введении в состав макромолекул малого
количества фрагментов иной природы 5, 7.
Химическая модификация резин позволяет существенно улучшить их физико-
механические характеристики, повысить надежность, долговечность и
ремонтопригодность изделий без использования новых типов эластомеров и
ингредиентов резиновых смесей. Химическая модификация целесообразна и с
точки зрения энергосбережения, так как позволяет обойтись без энергоемких
производств новых каучуков, дает возможность снизить каучукосодержание
резиновых смесей путем увеличения дозировок наполнителей, позволяет в
некоторых случаях осуществить замену дорогих и труднодоступных ингредиентов
резиновых смесей на дешевые и доступные природные минеральные соединения и
существенно интенсифицирует технологические процессы производства шин и РТИ
8-12.
Все методы химической модификации классифицируют следующим образом 4:
1) модификация, основанная на химических превращениях уже синтезированных
макромолекул при их взаимодействии как с низкомолекулярными соединениями,
способными к процессам полимеризации в массе модифицируемого полимера, так
и с реагентами, не подверженными данными явлениями;
2) модификация, основанная на взаимодействии полимера с
высокомолекулярными соединениями;
3) модификация на стадии синтеза полимера.
Все эти методы широко используются при изготовлении различных материалов.
Однако в технологии резины наибольшее значение имеют методы модификации
эластомеров за счет введения в них в процессе переработки активных
низкомолекулярных соединений, как правило, полифункционального характера.
При взаимодействии эластомеров с этими соединениями или продуктами их
распада в структуре макромолекул образуются новые функциональные группы.
Такие функциональные группы, как и сами модификаторы, могут участвовать в
процессах вулканизации, формировании вулканизационной сетки, создании
определенных микрогетерогенных областей в вулканизатах, ингибировании
окислительных процессов в каучуках и резинах, улучшении когезионных и
адгезионных свойств сырых резиновых смесей и вулканизатов. Все это приводит
к значительному повышению эксплуатационных характеристик изделий, приданию
им новых свойств 12,13.
В настоящее время накоплен большой экспериментальный материал по
химической модификации эластомеров, сделаны попытки его обобщения 5.
Механические и адгезионные свойства модифицированных резин. Различают три
основных режима работы резиновых изделий: постоянной деформации (ε =
const), постоянного напряжения (δ = const) и постоянной работы деформации
(δε = const). При режиме постоянной деформации величина деформации не
зависит от свойств материала, а возникающее напряжение прямо
пропорционально модулю упругости. При этом режиме в более мягком материале
развиваются меньшие напряжения, то есть он находится в более выгодных
условиях. При режиме постоянного напряжения величина испытываемых резиной
напряжений остается постоянной независимо от жесткости резины, а величина
деформации изменяется обратно пропорционально модулю упругости материала.
Следовательно, в режиме постоянного напряжения в более выгодных условиях
находятся высокомодульные резины. Режим постоянной работы является
промежуточным между режимами постоянного напряжения и постоянной
деформации. При этом режиме независимо от упругих свойств резины работа
деформации остается постоянной, а сами напряжения и деформации меняются
так, чтобы сохранялось постоянным их произведение.
В связи с наличием в молекуле модификатора полярных функциональных групп
плотность энергии когезии модификатора выше, чем у карбоцепных эластомеров,
поэтому модификаторы малорастворимы или совсем нерастворимы в эластомерной
матрице и диффундируют на ее поверхность. В связи с этим модификаторы
влияют на поверхностное натяжение резиновой смеси и улучшают смачивание
полярных субстратов.
Вследствие образования при химической модификации дополнительных связей
эластомер – эластомер и эластомер – наполнитель существенно возрастают
модули упругости резин. Чем значительнее повышение интенсивности межфазного
взаимодействия на границе эластомер – наполнитель, тем больше эффект
повышения упругожесткостных свойств резин при одной и той же эффективной
концентрации поперечных связей. Благодаря этому истинный модификатор
полифункционален по характеру своего влияния на свойства резин: степень
диспергирования наполнителя, электросопротивление, содержание связанного
эластомера, вязкость невулканизованной смеси, деформационные свойства
(когезионную прочность) смесей, модуль упругости и твердость вулканизатов,
прочностные свойства (сопротивление разрыву, раздиру, проколу, прорыву и
т.п.), температуростойкость, износостойкость и др 13-27.
В настоящее время перспективным минеральным наполнителем и модификатором
неорганического происхождения для эластомерных материалов является шунгит
27, 28.
2.2 Приготовление резиновых смесей и определение
физико-механических свойств вулканизатов
2.2.1 Смешение резиновых смесей
Качество резиновой смеси характеризуется равномерностью распределения
компонентов в ее объеме. Важное значение при смешении на вальцах имеет
порядок введения компонентов. Сначала загружают каучук и обрабатывают его
до тех пор, пока он не перестанет проскальзывать на вальцах. Затем в смесь
последовательно вводят диспергирующие агенты (жирные кислоты), ускорители и
активаторы вулканизации. Технический углерод вводят небольшими порциями.
Пластификаторы вводят после наполнителей (они снижают вязкость).
Вулканизующие агенты вводят (в субстанции подвулканизации) после смешения.
Велико влияние на процесс пластикации и смешения кислорода воздуха. В его
присутствии эти процессы протекают быстрее, что связано с окислением
каучука (образование нестойких перекисей) и его деструкцией, и, как
следствие, снижение вязкости среды.
При проведении процесса вальцевания необходимо учитывать все
вышеизложенные факторы для того, чтобы получить качественные резиновые
смеси.

2.2.2 Определение технологических свойств резиновых смесей
Определение пластичности резиновых смесей. Определение пластичности
каучука и резиновых смесей на сжимающем пластомере ПМС-2 (типа Вильямса) с
постоянным грузом сводится к сжатию цилиндрического образца между
параллельными плитами под нагрузкой 5 кгс при температуре 700С и измерении
высоты образца до нагрузки, под нагрузкой и после снятия груза и некоторой
выдержки при 23±20С.
Пластичность вычисляют по формуле:
,
где S-мягкость;
R-отношение остаточной деформации к общей деформации сжатия.
Мягкость рассчитывают по формуле:
,
где h0 –первоначальная высота образца при 23±20С, мм;
h1–высота образца, находившегося под нагрузкой в течение 3 мин, мм
Восстанавливаемость R – отношение остаточной деформации к общей
деформации сжатия определяют по формуле:
,
где h2 –высота образца после снятия груза и „отдыха” в течение 3 мин
при 23±20С, мм.
Если показатели S и R отдельно определять не требуется, то пластичность Р
можно вычислить по формуле:

Пластичность выражают в условных единицах, значения пластичности
находятся в пределах от 0 до 1. Для каучука наряду с пластичностью Р
определяют эластическое восстановление как разность высоты образца
после снятия груза и высоты образца под действием груза:

Определение жесткости резиновых смесей. При определении жесткости
устанавливают постоянную нагрузку (50 гс) на образец и подбирают условие,
необходимое для сжатия образца в течение 30 с до высоты 4±0,1 мм. Для этого
устанавливают ориентировочную нагрузку и по истечению 30 с. замеряют высоту
образца под нагрузкой. Если она более 4 мм, нагрузку увеличивают, если
менее 4 мм – уменьшают.
Осевое усилие, необходимое для сжатия, характеризует жесткость по Дефо
(ЖД) и определяется нагрузкой (суммой грузов на большом и малом рычагах)
под действием которой образец сжимается до высоты 4±0,1 мм в течение 30 с.
при температуре 800С.
Эластическое восстановление по Дефо определяется как разность между
высотой образца после восстановления в течение 30 с. и его высотой под
нагрузкой:
,мм.
Остаточная деформация рассчитывается как разность между высотой образца
до испытания и после его восстановления:
,мм.

2.2.3 Вулканизация резиновых смесей в прессах
Вулканизация (технологический процесс превращения пластичных каучуков в
эластичную резину) проводится на гидравлическом вулканизационном прессе.
Для получения вулканизата (резинового изделия) с наилучшими свойствами
необходимо создать условия для формирования в нем оптимальной
вулканизационной структуры (температуру, давление и др.).
Заготовка образцов для вулканизации производится в соответствии с
установленными требованиями.
После вулканизации образцы охлаждаются в чистой воде для быстрого
прекращения теплового воздействия.
Массу сырой заготовки для каждого вида испытания рассчитывают по формуле:
,
где P – масса сырой заготовки, кг;
V – объем прессформы;
γ – теоретический удельный вес, кгм3

2.2.4 Оопределение физико-механических свойств вулканизатов
Определение истираемости резин. Определение сопротивления истиранию
производится при постоянной нормальной нагрузке 26 Н (2,6 кгс). Испытание
рекомендуется проводить при давлении 0,0325 МПа (0,325 кгссм2). На диске
устанавливается истирающая шкурка (монокорунд).
Устойчивость резин к истиранию оценивается ее истираемостью в м3НДж
(см3кВт.ч), вычисляемой по формуле:
,
где ΔV – уменьшение объема испытуемых образцов, см3;
А – затраченная работа трения, кВт.ч.

Определение сопротивления раздиру резины. Испытание резин на раздир
заключается в растяжении надрезанного образца и измерении нагрузки, при
которой происходит раздир испытываемого образца. Испытания проводят на
разрывной машине.
Сопротивление раздиру резины σz (Нм) вычисляют по формуле:
,
где Pk – нагрузка, вызвавшая раздир надрезанного образца, Н;
hk – первоначальная толщина образца, м.

Определение твердости резин. Для определения твердости резин образец
испытывают не менее чем в 3-х точках и вычисляют среднее арифметическое
значение твердости.

Определение предела прочности при разрыве. Условный предел прочности при
разрыве fz и условные напряжения при заданном удлинении fε находят по
формулам:
(МПа); (МПа),
где Pz – нагрузка, соответствующая удлинению в момент разрыва, Н;
Pε – нагрузка, соответствующая данному удлинению, Н;
So – первоначальное состояние образца, м2
Первоначальное состояние образца вычисляется по формуле:
,
где В0 – первоначальная ширина образца, мм;
h0 – первоначальная толщина образца, мм.
Относительное удлинение при разрыве Е% находят по формуле:
,
где l2 –длина участка образца в момент разрыва, мм;
l0 – первоначальная длина рабочего участка, мм.

Относительное остаточное ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.