Усадка пористых изделий

Усадка пористых резиновых изделий имеет гораздо большие размеры и принципиально отличается от усадки монолитных резин, что объясняется их различной макроструктурой. Для пористых резин с закрытыми порами она определяется как усадкой самого материала, так и диффузией газа из замкнутых пор.

После вулканизации изделия, особенно получаемые методом запрес­совки, имеют размеры большие, чем размеры гнезда пресс-формы. Это связано с избыточным давлением газа в замкнутых порах. При охлажде­нии размеры изделия быстро уменьшаются вследствие уменьшения объема газа в ячейках, затем наблюдается медленная усадка изделия в течение длительного времени, измеряемого месяцами, с постоянно снижающейся скоростью. Величина и продолжительность усадки зависят от скорости диффузии газа и скорости протекания процесса релаксации. Поэтому усадка будет зависеть от типа полимера и состава резины, а также при­роды газа, находящегося в ячейках. Скорость химической релаксации на­пряжения при сжатии в пористых резинах выше, чем в монолитных [82], что может быть связано с более развитой поверхностью контакта вспенен­ной резины с кислородом воздуха.

Изучение релаксации напряжения пористых резин показало, что при деформации протекает одновременно несколько процессов с различными скоростями.

Максимальная скорость релаксации напряжения наблюдается в течение первого часа, после чего она быстро уменьшается. Начальное напряжение в резине определяется ее жесткостью и зависит от многих факторов: плот­ности резины, строения ячеек, давления газа внутри них, природы поли­мера, ингредиентов, входящих в состав резины.

На второй стадии процесса релаксации зависимость напряжения от времени испытания практически прямолинейна. В отличие от релаксации напряжения монолитных резин, суммарный процесс релаксации пористых резин состоит из двух составляющих:

Исследование релаксации напряжения в пористых резинах на основе различных типов каучуков - натурального (резина 1), метилвинилсилоксанового СКТВ-1 (резина 2), наирита А (резина 3), бутадиен-стирольного СКМС-30, совмещенного с фенолоформальдегидной смолой (резина 4) и с полистиролом (резина 5), показало, что константы скоростей медленно протекающего процесса на 1—3 порядка меньше констант скоростей быстро протекающего процесса (табл. 10) [82].

В резинах с закрытыми ячейками снижение напряжения вследствие быстро протекающего процесса обусловлено диффузией газа из ячеек вследствие разности давления газа внутри ячеек и внешнего давления. Поэтому величина к₂ определяется строением ячеек резины и ее газопро­ницаемостью. Медленно протекающий процесс обусловлен химической релаксацией резины, причем в пористых резинах скорость химической релаксации напряжения ниже, чем в монолитных резинах аналогичного состава.

В работе [83] усадка пористой резины на основе каучука СКЭПТ-60 рассмотрена как процесс диффузии газа из ячеек, сопровождающийся изменением линейных размеров. Для описания кинетики усадки предло­жены уравнения, учитывающие диффузию газа в соответствии со вторым законом Фика в начальной стадии процесса усадки [L /L∞≤ 0,4]

где L и L∞ — размеры образца к моменту времени t ив состоянии разновесия; D — коэффициент диффузии газа.

Данные, рассчитанные по уравнениям (1) и (2), хорошо совпадают с экспериментальными измерениями линейных размеров образцов пори­стых резин в процессе усадки при различных температурах. Поскольку величину L∞ определить затруднительно, то соотношение (2) целесооб­разно представить в виде:

Экспериментальные данные хорошо описываются с помощью уравне­ния (3). По углу наклона прямых в координатах In(dL/dt) — время t можно определить коэффициент диффузии, а по величине отрезка, отсе­каемого прямыми на оси ординат, — L «>.

Усадка приводит к изменению не только размеров изделия, что затруд­няет их использование, но и физико-механических свойств [84].

Ниже показано изменение свойств пористых пластин после различных сроков хранения:

Величина и продолжительность усадки определяются факторами, вли­яющими на газопроницаемость и релаксационные свойства резин. Эти фак­торы зависят прежде всего от типа полимера и состава резин. Однако, в за­висимости от способа получения, вспененная резина будет иметь различное соотношение открытых и закрытых пор и разное давление газов в закры­тых ячейках.

В. И. Клочков

В. П. Рыжков

©Издательство "Химия" , 1984