Оптимизация составов эластомерных композиций на основе поливинилметилсилоксанового каучука

Abstract

В данной статье представлены результаты исследования, направленного на определение влияния состава многокомпонентной каталитической вулканизующей системы на реологические, физико-механические и динамические свойства вулканизатов и оптимизацию ее состава на базе эластомерной композиции на основе поливинилметилсилоксанового каучука. Основной задачей являлась оптимизация многокомпонентной каталитической вулканизующей системы, включающей сшивающий агент (А1), платиновый катализатор (А2) и ингибитор (А0), для получения материала, работающего в условиях знакопеременных нагрузок в контакте с пищевыми продуктами. Методология исследования базировалась на принципах математического планирования эксперимента и регрессионного анализа. Были установлены количественные зависимости ключевых характеристик – времени начала вулканизации (tS2), разницы между максимальным и минимальным крутящими моментами (ΔM), характеризующей плотность сшивки пространственной сетки резин, и динамической выносливости (DE) – от концентрации компонентов системы. Анализ показал доминирующее влияние катализатора (А2) на скорость процесса и плотность сетки вулканизатов, в то время как ингибитор (А0) эффективно регулировал технологическое время переработки и скорость протекания реакции. В результате оптимизации был определен состав, обеспечивающий баланс технологичности и высоких эксплуатационных свойств: А1 = 60%, А0 = 40%, А2 = 80%. В ходе проведенных исследований были экспериментально подтверждены прогнозируемые свойства для данного состава. Так, время начала вулканизации составило 2,15 мин, ΔM = 27,23 дН · м, а усталостная выносливость – 195,8 тыс. циклов. Дополнительно экспериментально доказано положительное влияние процесса термостатирования на твердость и динамическую выносливость вулканизатов

This article presents the results of a study focused on determining the influence of the composition of a multicomponent catalytic vulcanization system on the rheological, physico-mechanical, and dynamic properties of vulcanizates, and on optimizing its formulation for an elastomeric composition based on poly(vinylmethylsiloxane) rubber. The primary objective was to optimize the multicomponent catalytic system, comprising a cross-linking agent (A1), a platinum catalyst (A2), and an inhibitor (A0), to develop a material capable of operating under dynamic loading conditions in contact with food products. The research methodology was based on the principles of mathematical experiment design and regression analysis. Quantitative relationships were established between the concentration of the system components and key characteristics: scorch time (tS2), the difference between maximum and minimum torque (ΔM) – indicative of cross-link density – and dynamic endurance (DE). The analysis revealed the dominant influence of the catalyst (A2) on the process rate and vulcanizate network density, while the inhibitor (A0) effectively regulated the processing safety window and reaction rate. As a result of the optimization, a composition ensuring a balance of processability and high performance properties was determined: A1 = 60%, A0 = 40%, A2 = 80%. The predicted properties for this composition were experimentally confirmed: a scorch time of 2.15 min, ΔM = 27.23 dN  m, and a fatigue endurance of 195.8 thousand cycles. Furthermore, a positive influence of the post-cure (thermostating) process on the hardness and dynamic endurance of the vulcani-zates was experimentally demonstrated