Молекулярная подвижность в ненаполненных и наполненных сшитых кремнийорганических каучуках

Изучение молекулярной подвижности в каучуках позволяет установить температурные области релаксационных фазовых переходов, играющих существенную роль в условиях эксплуатации. Несмотря на широкое применение кремнийорганических каучуков, ряд аспектов их поведения остается невыясненным. Цель данной работы — изучение молекулярной подвижности в различных сшитых кремнийорганических каучуках и влияния на релаксационные и фазовые переходы термической предыстории, типа и количества наполнителя, а также сорбированной влаги.

В качестве объектов исследования использовали полидиметилсилоксановый каучук (СКТ), полидиметилсилоксановый каучук, содержащий 0,5 мол.% метилвинил-силоксановых звеньев (СКТВ-1), полидиметилсилоксановый каучук, содержащий 0,3 мол.% метилвинилсилоксановых и 8 мол.% метилфенилсилоксановых звеньев (СКТВФ), вулканизованные перекисью кумила, а также наполненные системы на основе перечисленных выше сшитых каучуков, содержащие от 10 до 35 вес. ч. аэросила 175 и аэросила 300 (с удельной поверхностью 175 и 300 м2/г соответственно). Частоту сшивок определяли по набуханию в бензоле и рассчитывали с использованием соотношения Флори - Ренера [1, 2].

Исследование проводили диэлектрическим и динамическим механическим методами. При диэлектрических измерениях применяли стандартную методику на основе автоматического цифрового моста переменного тока Р589 с частотой 1 кГц. Использовали образцы в виде пленок диаметром 20—40 и толщиной 0,2—0,7 мм. Динамические механические измерения выполняли методом свободнозатухающих колебаний на сконструированном нами обратном крутильном маятнике. Исходную сдвиговую деформацию образца задавали в приборе посредством электромагнитной системы возбуждения. Регистрацию колебаний осуществляли с помощью фотоэлектрической схемы. Варьирование жесткостью торсиона и величиной инерционных масс обеспечивало возможность измерений на частотах, различающихся в ~3 раза. Испытания проводили на образцах прямоугольного сечения длиной 60, шириной 10 и толщиной 1 мм на частоте ~1 Гц при скорости нагревания 1 град/мин.

Температурные зависимости тангенса угла диэлектрических потерь tg б и диэлектрической проницаемости е каучуков СКТ, СКТВ-1 и СКТВФ в интервале температур от 100 до 270 К, полученные при нагревании со скоростью 2 град/мин образцов, предварительно охлажденных погружением в жидкий азот, характеризуются интенсивным пиком потерь с максимумом при 165 К, отвечающим развитию молекулярного движения при расстекловывании (рис. 1).

Рис. 1. Температурные зависимости ε' (а) и tg6 (б), полученные после резкого охлаждения в жидком азоте образцов СКТ (1), СКТВ-1 (2) и СКТВФ (5)

В этой же области температур наблюдается возрастание ε. Для каучука СКТВФ непосредственно после максимума tg б, обусловленного стеклованием, наблюдается второй пик с максимумом в области 195—197 К, связанный с кристаллизацией каучука. Отсутствие этого максимума у СКТ и СКТВ-1 объясняется их существенно большей скоростью кристаллизации по сравнению с СКТВФ [3], что обусловливает практически полную первичную кристаллизацию при охлаждении

Предварительный отжиг каучуков при 190 К в течение 1 ч с последующим охлаждением в жидком азоте и нагреванием не сопровождается существенным изменением характера температурной зависимости tg 6 каучуков СКТ и СКТВ-1; в случае СКТВФ максимум пика, отвечающего стеклованию, смещается в область более высоких температур [4] и значительно уменьшается по интенсивности, а максимум, обусловленный кристаллизацией, после отжига исчезает.

Рис. 2. Температурные зависимости ε' (а) и tg б (б) образцов СКТ, наполненных 35 вес. ч. аэросила 300: 1 - резкое охлаждение после хранения в течение 1 года; 2 — после хранения в течение 1 года и выдержки при 190 К; 3 - резкое охлаждение после прогревания при 470 К