2. Определение содержания свободной и связанной серы.
Вторым этапом нашей работы стало определение количества связанной и свободной серы. Из каждого образца мы заранее приготовили по 2 г. мелко нарезанной крошки. Берем точные навески крошки из каждого образца, помещаем их в колбы на 250 мл и заливают 100 мл сульфата натрия. Экстракция крошки проводится при кипячении на электроплитках в течение 2 ч с момента закипания раствора. При этом свободная сера реагирует с сульфитом натрия, образуя гипосульфит натрия. Затем охлаждаем колбы, прибавляем в каждую 10 мл формалина для связывания избытка сульфита натрия, 20 мл 20% уксусной кислоты, небольшое количество раствора крахмала и титруют по каплям 0,1 раствором йода.
Процентное содержание свободной серы рассчитываем по формуле:
где: A - объем (мл) раствора йода, пошедший на титрование .
B - поправка на титр йода (1,02)
M - навеска резины (г)
Количество
связанной серы для каждого времени
вулканизации вычисляем по формуле:
где: S0 - количество свободной серы в сырой смеси, (%) (необходимо полученный результат сопоставить с содержанием серы по рецепту резиновой смеси)
Sсвоб. - содержание свободной серы в вулканизате (данные титрования).
Таблица 6 - Влияние времени вулканизации на содержание связанной серы.
|
Время, мин |
Навеска, г |
Обьем йода, мл |
Содержание свободной серы, % |
Содержание связанной серы, % |
|
сырая |
2,00 |
9,3 |
1,51776 |
0 |
|
5 |
2,00 |
1,3 |
0,21216 |
1,03784 |
|
10 |
2,00 |
1,0 |
0,1632 |
1,0868 |
|
20 |
2,00 |
0,5 |
0,0816 |
1,1684 |
|
25 |
2,00 |
0,3 |
0,04896 |
1,20104 |
3. Определение плотности вулканизационной сетки по данным равновесного набухания резин в м-ксилоле (толуоле).
Третьим этапом работы было определение плотности вулканизационной сетки по данным равновесного набухания резин в толуоле.
Из каждого вулканизата вырезаем по три маленьких образца различной формы (прямоугольник, квадрат, треугольник) Затем взвешиваем сухие фигурки и помещаем их в бюксы, отмечая для каждого бюкса время вулканизации образца. В бюксы заливаем растворитель плотно закрываем крышкой и оставляем на неделю. Спустя неделю образцы вынимают из растворителя пинцетом, промокают фильтровальной бумагой, и взвешивают на весах. Взвешенные набухшие образцы отправляются на полтора часа сушится в печь, затем опять взвешиваются.
Для каждого образца рассчитывают равновесную степень набухания:
*100
Wн и Wс - массы набухшего и высохшего образца
P - массовая доля каучука в вулканизате.
ρк-ка и ρр-ля - плотности каучука и растворителя:
для каучука СКИ-3 - ρ = 0,92 г/см3, для толуола - 0,874 г/см3.
Таблица 7 - Масса сухих, набухших, высушенных образцов и равновесная степень набухания полимера разных форм и времени вулканизации.
|
Образ ец |
Wс |
Wнаб |
Wвыс |
Q |
Qср |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2/5 |
18 |
20 |
34 |
32 |
41 |
80 |
17 |
19 |
33 |
0,9288 |
1,2188 |
1,4992 |
1,21561 |
|
2/10 |
9 |
18 |
26 |
21 |
45 |
69 |
8 |
17 |
25 |
1,7105 |
1,7338 |
1,8526 |
1,76563 |
|
2/20 |
23 |
24 |
33 |
58 |
58 |
90 |
22 |
23 |
32 |
1,7225 |
1,6018 |
1,9079 |
1,74407 |
|
2/25 |
23 |
29 |
35 |
65 |
76 |
85 |
22 |
28 |
34 |
2,0574 |
1,8045 |
1,5789 |
1,81362 |
Для каждого времени вулканизации рассчитываем среднее значение равновесной степени набухания Q (в долях, а не в процентах) и затем по формуле Vk = 1 /(1+Q ) - находим объемную долю каучука в набухшем образце. Концентрацию отрезков молекулярных цепей в вулканизате
Nc = ρ / Mc (моль/см3 ) рассчитывают по уравнению Флори - Ренера
χ - параметр взаимодействия полимера с растворителем. ( 0,34)
Молярный объем растворителя V0 = M.m. / ρр-ля=105 м3/моль
Полученные результаты сводим в таблицу 8.
Таблица 8. Определение плотности вулканизационной сетки по данным
равновесного набухания резин.
|
Образец |
Q |
Qср |
1/Qср |
Vk |
Nc моль/см3 |
||
|
|
|
|
|||||
|
2/5 |
0,009288 |
0,012188 |
0,014992 |
0,012156 |
82,26319 |
0,98799 |
0,0113944 |
|
2/10 |
0,017105 |
0,017337 |
0,018526 |
0,017656 |
56,63686 |
0,98265 |
0,0085179 |
|
2/20 |
0,017225 |
0,016018 |
0,019079 |
0,017441 |
57,33711 |
0,982858 |
0,0086112 |
|
2/25 |
0,020574 |
0,018045 |
0,015789 |
0,018136 |
55,13819 |
0,982187 |
0,0083146 |
Исходя из приведенных выше данных, можно составить зависимости влияния времени вулканизации на густоту сетки поперечных связей и влияния времени вулканизации на содержание связанной серы.
Рис.5 "Влияние времени вулканизации на содержание связанной серы".
Рис.6 "Влияние времени вулканизации на …
Рис.7 "Влияние времени вулканизации на густоту сетки поперечных связей"
Как видно из приведенных графиков, с возрастание времени вулканизации увеличивается прочность образцов, но снижается остаточное удлинение. Это является следствием увеличения количества поперечных связей с увеличением времени вулканизации. Данные поперечные связи приводят к увеличению химических связей, несущих нагрузку, и к исключению возможности течения макромолекул друг относительно друга. Образование пространственной вулканизационной сетки ведет к уменьшению доли пластической деформации. При этом относительное остаточное удлинение уменьшается. Так же можно сделать вывод, что при увеличении количества межмолекулярных химических связей увеличивается модуль материала, его прочностные свойства, а так же уменьшается степень набухания.
При дальнейшей вулканизации образование избыточного количества поперечных связей ведет к затруднению ориентации макромолекул в направлении деформирования, что сказывается на прочностных показателях (они уменьшаются).
Выводы:
1. Изучили влияние времени вулканизации на структурные и физико-механические характеристики вулканизированных эластомеров.
2. Установили, что при увеличении количества межмолекулярных химических связей увеличивается модуль материала, его прочностные свойства, а так же уменьшается степень набухания.
3. Оптимальным временем вулканизации является 15 минут.