Материаловедение

Современные дизельные топлива представляют собой средне-дистиллятные нефтяные фракции с высокой физической стабильностью. Температура начала кипения товарных дизельных топлив обычно лежит в пределах 180-200 °С и давление насыщенных паров при обычных температурах не превышает 1 кПа . В связи с этим потери дизельных топлив от больших и малых дыханий резервуаров невелики и составляют порядка 1,5 кг в год с 1 м3 паровоздушного пространства.

Эксплуатационные свойства автомобильных бензинов определяются их детонационной стойкостью, фракционным составом, химической и физической стабильностью. Под физической стабильностью бензинов понимают отсутствие легких фракций, которые улетучиваются из бензина при его хранении и транспортировке. Важной характеристикой смазок как коллоидных гетерогенных систем является стабильность их структуры и свойств во времени. Различают химическую и физическую стабильность. Химическая стабильность определяется устойчивостью смазок к воздействию химических реагентов, окисляемостью под воздействием кислорода воздуха и длительной термообработки: Под физической стабильностью понимают устойчивость смазок к действию нагрузок, невысоких и кратковременных температур и других физических факторов.

Физическая стабильность бензинов определяется содержанием в них легкокипящих компонентов. Низкой физической стабильностью обладают бензины с добавками бутана или бутан-бутиленовой фракции. По этой причине потери при хранении бензинов зимнего вида при прочих равных условиях примерно в 1,5 раза больше, чем потери бензинов летнего вида.

Стабильность и склонность к образованию отложений. Стандартные дизельные топлива обладают высокой физической стабильностью. В них не содержится легколетучих или малорастворимых компонентов и примесей. Давление насыщенных паров при 20°С не превышает 1 кПа, поэтому потери топлив при больших и малых дыханиях резервуара не превышает 1,5 кг/м3 паровоздушного пространства.

Для контроля за составом топлив недавно утверждены стандарты на определение содержания выносителя в бензинах , интенсивности окраски этилированных бензинов и др. Для оценки новых показателей эксплуатационных свойств служат методы: ГОСТ 18597--73, предназначенный для оценки коррозионных свойств топлив в условиях конденсации воды , ГОСТ 20449--75 -- для оценки коррозионных свойств при повышенных температурах и некоторые другие. Стандартизованы также новые методы определения физической стабильности бензинов -- ГОСТ 6369--75, химической стабильности бензинов -- ГОСТ 22054--76.

Способность вызывать детонацию двигателя зависит от многих свойств сжигаемого бензина: строения углеводородов, фракционного состава, химической и физической стабильности, содержания серы и др. Оценивается детонационная стойкость октановым числом, которое указывается в марке бензина. Чем выше детонационная стойкость, тем эффективнее и экономичнее работа двигателя.

Для повышения физической стабильности остаточных топлив, предотвращения образования донных отложений и улучшения сгорания в России были разработаны присадки ВНИИНП-102, ВНИИНП-106 и ВНИИНП-200

Выпускают автомобильный бензин марок:

А-72 (этилированный и неэтилированный, летний и зимний)

Автомобильный неэтилированный бензин низкого качества с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержит продукты термического и каталитического крекинга, коксования и пиролиза, прямогонный бензин и антиокислительные присадки. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу -- 72, по исследовательскому методу не нормируется

А-76 (этилированный и неэтилированный, летний и зимний)

Автомобильный бензин низкого качества. Содержит продукты термического и каталитического крекинга, коксования и пиролиза, прямогонный бензин, антиокислительные и антидетонационные присадки. Самая распространенная марка бензина для использования в сельском хозяйстве.

А-80 (этилированный и неэтилированный)

Автомобильный бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. производят этилированный с содержанием свинца не более 0,15 г/л и неэтилированный с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы -- не более 0,05%. Плотность -- не более 0,755 г/смА-803. Октановое число по моторному методу -- 76, а по исследовательскому методу -- 80. Фактически -- это бензин марки с немного улучшенными характеристиками.

АИ-91 (неэтилированный, летний и зимний)

Автомобильный бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. производят неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы -- не более 0,1%. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу -- 82,5, а по исследовательскому методу -- 91. По качеству близок к европейской марке «регулар» и азиатской 91RON, но содержит на 30% больше свинца.

А-92 (этилированный и неэтилированный, летний и зимний)

Автомобильный бензин обычного качества. Содержит антидетонационные присадки. Самая распространенная марка бензина в крупных городах РФ и Украины. производят этилированный с содержанием свинца не более 0,15 г/л и неэтилированный с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Содержание серы -- не более 0,05%. Плотность -- не более 0,77 г/смА-923. Октановое число по моторному методу -- 83, а по исследовательскому методу -- 92. По качеству близок к европейской марке «регулар» и азиатской 92RON, но содержит на 30% больше свинца.

АИ-93 (этилированный, летний и зимний)

Автомобильный бензин обычного качества. Этилированный АИ-93 готовят на основе бензина каталитического риформинга мягкого режима, с добавлением толуола и алкилбензина. Для повышения давления паров добавляют фракцию прямой перегонки с температурой кипения до 62°С или бутан-бутиленовую фракцию. Неэтилированный АИ-93 готовят на основе бензина каталитического риформинга жесткого режима с добавлением алкилбензина, изопентана и бутан-бутиленовой фракции. Содержит антидетонационные присадки.

АИ-95 «Экстра» (неэтилированный летний)

Автомобильный бензин улучшенного качества. Готовят на основе бензина каталитического крекинга легкого дистиллятного сырья с изопарафиновыми и ароматическими компонентами и добавкой газового бензина. Содержит антидетонационные присадки.АИ-95 производят неэтилированный (бесцветный), свинец в нем отсутствует. Плотность -- не более 0,720 г/см3, содержание серы -- не более 0,05%, давление насыщенных паров -- не менее 53,3 кПа (400 мм рт. ст.). Октановое число по моторному методу -- 85, а по исследовательскому методу -- 95. По качеству близок к европейской марке «премиум» и азиатской 95RON, но лучше, так как не содержит свинца.

АИ-95 (неэтилированный, летний и зимний)

Автомобильный бензин улучшенного качества. Готовят на основе бензина каталитического крекинга легкого дистиллятного сырья с изопарафиновыми и ароматическими компонентами и добавкой газового бензина. Содержит антидетонационные присадки. производят неэтилированный (бесцветный) с содержанием свинца не более 0,013 г/л. Плотность не нормируется. Октановое число по моторному методу -- 85, а по исследовательскому методу -- 95. По качеству близок к европейской марке «премиум» и азиатской 95RON, но содержит на 30% больше свинца.

Задача №5. Процесс старения резины

При хранении каучуков, а также при хранении и эксплуатации резиновых изделий происходит неизбежный процесс старения, приводящий к ухудшению их свойств. В результате старения снижается прочность при растяжении, эластичность и относительное удлинение, повышаются гистерезисные потери и твердость, уменьшается сопротивление истиранию, изменяется пластичность, вязкость и растворимость невулканизированного каучука. Кроме того, в результате старения значительно уменьшается продолжительность эксплуатации резиновых изделий. Поэтому повышение стойкости резины к старению имеет большое значение для увеличения надежности и работоспособности резиновых изделий.

Старение - результат воздействия на каучук кислорода, нагревания, света и особенно озона. Кроме того, старение каучуков и резин ускоряется в присутствии соединений поливалентных металлов и при многократных деформациях. Стойкость вулканизатов к старению зависит от ряда факторов, важнейшими из которых является:

- природа каучука;

- свойства содержащихся в резине противостарителей, наполнителей и пластификаторов (масел);

- природа вулканизирующих веществ и ускорителей вулканизации (от них зависит структура и устойчивость сульфидных связей, возникающих при вулканизации);

- степень вулканизации;

- растворимость и скорость диффузии кислорода в каучуке;

- соотношение между объемом и поверхностью резинового изделия (с увеличением поверхности увеличивается количество кислорода, проникающего в резину).

Наибольшей стойкостью к старению и окислению характеризуются полярные каучуки - бутадиен-нитрильные, хлоропреновые и др. Неполярные каучуки менее стойки к старению. Их сопротивление старению определяется главным образом особенностями молекулярной структуры, положением двойных связей и их количеством в основной цепи. Для повышения стойкости каучуков и резин к старению в них вводят противостарители, которые замедляют окисление и старение.

В связи с тем, что роль факторов, активирующих окисление, меняется в зависимости от природы и состава полимерного материала, различают в соответствии с преимущественным влиянием одного из факторов следующие виды старения:

1) тепловое (термическое, термоокислительное) старение в результате окисления, активированного теплом;

2) утомление - старение в результате усталости, вызванной действием механических напряжений и окислительных процессов, активизированных механическим воздействием;

3) окисление, активированное металлами переменной валентности;

4) световое старение - в результате окисления, активизированного ультрафиолетовым излучением;

5) озонное старение;

6) радиационное старение под действием ионизирующих излучений

Тепловое старение - результат одновременного воздействия тепла и кислорода. Окислительные процессы являются главной причиной теплового старения в воздушной среде.

Большинство ингредиентов в той или иной степени влияют на эти процессы. Технический углерод и другие наполнители адсорбируют противостарители на своей поверхности, уменьшают их концентрацию в каучуке и, следовательно, ускоряют старение. Сильно окисленные сажи могут быть катализаторами окисления резин. Малоокисленные (печные, термические) сажи, как правило, замедляют окисление каучуков.

При тепловом старении резин, которое протекает при повышенных температурах, необратимо изменяются практически все основные физико-механические свойства. Изменение этих свойств зависит от соотношения процессов структурирования и деструкции. При тепловом старении большинства резин на основе синтетических каучуков преимущественно происходит структурирование, что сопровождается снижением эластичности и повышением жесткости. При тепловом старении резин из натурального и синтетического изопропенового каучука и бутил каучука в большей мере развиваются деструктивные процессы, приводящие к уменьшению условных напряжений при заданных удлинения и повышению остаточных деформаций.
Отношение наполнителя к окислению будет зависеть от его природы, от типа ингибиторов, введенных в резину, и от характера вулканизационных связей.
Ускорители вулканизации, как и продукты, их превращения, остающиеся в резинах (меркаптаны, карбонаты и др.), могут участвовать в окислительных процессах. Они могут вызывать разложение гидроперекисей по молекулярному механизму и способствовать, таким образом, защите резин от старения.

Существенное влияние на термическое старение оказывают природа вулканизационной сетки. При умеренной температуре (до 70о) свободная сера и полисульфидные поперечные связи замедляют окисление. Однако при повышении температуры перегруппировка полисульфидных связей, в которую может вовлекаться и свободная сера, приводит к ускоренному окислению вулканизатов, которые оказываются в этих условиях нестойким. Поэтому необходимо подбирать вулканизационную группу, обеспечивающую образование стойких к перегруппировке и окислению поперечных связей.

Для защиты резин от теплового старения применяются противостарители, повышающие стойкость резин и каучуков к воздействию кислорода, т.е. вещества, обладающие свойствами антиоксидантов - прежде всего вторичные ароматические амины, фенолы, бисфинолы и др.

Озон оказывает сильное влияние на старение резин даже в незначительной концентрации. Это обнаруживается иногда уже в процессе хранения и перевозки резиновых изделий. Если при этом резина находится в растянутом состоянии, то на поверхности ее возникают трещины, разрастание которых может привести к разрыву материала.

Озон, по-видимому, присоединяется к каучуку по двойным связям с образованием озонидов, распад которых приводит к разрыву макромолекул и сопровождается образованием трещин на поверхности растянутых резин. Кроме того, при озонировании одновременно развиваются окислительные процессы, способствующие разрастанию трещин. Скорость озонного старения возрастает при увеличении концентрации озона, величины деформации, повышении температуры и при воздействии света.
Понижение температуры приводит к резкому замедлению данного старения. В условиях испытаний при постоянном значении деформаций; при температурах, превышающих на 15-20 градусов Цельсия температуру стеклования полимера, старение почти полностью прекращается.
Стойкость резин к действию озона зависит главным образом от химической природы каучука.

Резины на основе различных каучуков по озоностойкости можно разделить на 4 группы:

1) особо стойкие резины (фторкаучуки, СКЭП, ХСПЭ);

2) стойкие резины (бутилкаучук, пеарит);

3) умеренно стойкие резины, не растрескивающиеся при действии атмосферных концентраций озона в течение нескольких месяцев и устойчивые более 1 часа к концентрации озона около 0,001%, на основе хлоропренового каучука без защитных добавок и резин на основе непредельных каучуков (НК, СКС, СКН, СКИ-3) с защитными добавками;

4) нестойкие резины.

Наиболее эффективно при защите от озонного старения совместное применение антиозонтов и воскообразных веществ.

К антиозонантам химического действия относятся N-замещенные ароматические амины и производные дигидрохинолина. Антиозонанты реагируют на поверхности резины с озоном с большой скоростью, значительно превосходящей скорость взаимодействия озона с каучуком. В результате этого процесса озонного старения замедляется.
Наиболее эффективными противостарительными и антиозонтами для защиты резин от теплового и озонного старений являются вторичные ароматические диамины.

Список литературы

1) Тарасов З.Н. Старение и стабилизация синтетических каучуков. - М.: Химия, 1980. - 264 с.

2) Гармонов И.В. Синтетический каучук. - Л.: Химия, 1976. - 450 с.
3) Старение и стабилизация полимеров. /Под ред. Козминского А.С. - М.: Химия, 1966. - 212 с.

4) Соболев В.М., Бородина И.В. Промышленные синтетические каучуки. - М.: Химия, 1977. - 520 с.

5) Белозеров Н.В. Технология резины: 3-е изд.перераб. и доп. - М.: Химия, 1979. - 472 с.

6) Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Климов Н.С. Общая технология резины: 3-е изд.перераб. и доп. - М.: Химия, 1968. - 560 с.

7) Технология пластических масс. /Под ред. Коршака В.В. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Химия, 1976. - 608 с.

8) http://www.ritscomp.ru/TV_SP/material/material_05.htm

Страницы: 1, 2