firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/0869-7493.2025.34.03.40-49firesmi-1502Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯSAFETY OF TECHNOLOGICAL PROCESSES AND EQUIPMENTРазработка морозостойких уплотнительных колец для обеспечения противопожарной безопасности в Арктических регионах РФDevelopment of frost-resistant sealing rings for fire safety in the Arctic regions of the Russian Federationhttps://orcid.org/0000-0002-2794-1164МакаровИ. С.MakarovI. S.

МАКАРОВ Игорь Сергеевич, аспирант

677013, г. Якутск, ул. Белинского, 58

Igor S. MAKAROV, Postgraduate student

Belin­skogo St., 58, Yakutsk, 677013

misergeevich@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6959-368XДьяконовА. А.DyakonovA. A.

ДЬЯКОНОВ Афанасий Алексеевич, к.т.н., старший научный сотрудник; научный сотрудник

677013, г. Якутск, ул. Белинского, 58;677000, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1

ResearcherID: LTF-2325-2024, РИНЦ AuthorID: 745234

Afanasii A. DYAKONOV, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher; Researcher

Belinskogo St., 58, Yakutsk, 677013; Oktyabrskaya St., 1, Yakutsk, 677000

ResearcherID: LTF-2325-2024, RSCI AuthorID: 745234

afonya71185@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5090-0793ЛазареваН. Н.LazarevaN. N.

ЛАЗАРЕВА Надежда Николаевна, к.т.н., ведущий научный сотрудник, заведущая УНТЛ «Технологии полимерных нанокомпозитов» имени доцента С.А. Слепцовой

677013, г. Якутск, ул. Белинского, 58

ResearcherID: E-5063-2014, РИНЦ AuthorID: 730168

Nadezhda N. LAZAREVA, Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher, Head of the Research and Educational Laboratory “Polymer Nanocomposite Technologies” named after Associate Professor S.A. Sleptsova

Belinskogo St., 58, Yakutsk, 677013

ResearcherID: E-5063-2014, RSCI AuthorID: 730168

lazareva-nadia92@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0007-5432-8166СиняковА. А.SinyakovA. A.

СИНЯКОВ Алексей Александрович, старший лейтенант внутренней службы, помощник начальника дежурной смены службы пожаротушения 5 пожарно-спасательного отряда

677009, г. Якутск, ул. Дзержинского, 35а

Alexey A. SINYAKOV, Senior Lieutenant of the Internal Service, Assistant Chief of the Duty Shift of the Firefighting Service, 5th Fire and Rescue Unit

Dzerzhinsky St., 35a, Yakutsk, 677000

sinyakov87@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0000-0425-2377ПаренкоЕ. Г.ParenkoE. G.

ПАРЕНКО Евгений Геннадьевич, заместитель главного инженера

677001, г. Якутск, ул. Богдана Чижика, 19

Evgeny G. PARENKO, Deputy Chief Engineer

Bogdana Chizhika St., 19, Yakutsk, 677001

parenkoeg@mail.ruСеверо-Восточный федеральный университет им. М.К. АммосоваРоссияNorth-Eastern Federal University named after M.K. AmmosovaRussian FederationСеверо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова; Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова Сибирского отделения Российской академии наукРоссияNorth-Eastern Federal University named after M.K. Ammosova; Institute of Physical and Technical Problems of the North named after V.P. Larionov of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationСеверо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова;РоссияNorth-Eastern Federal University named after M.K. AmmosovaRussian FederationФедеральная противопожарная служба Государственной противопожарной службы Главного управления МЧС России по Республике Саха (Якутия)РоссияFederal Fire Service of the State Fire Service Main Directorate of the Ministry of Emergency Situations of Russia for the Republic of Sakha (Yakutia)Russian FederationАО «Водоканал»РоссияJSC “Vodokanal”Russian Federation2025300620253434049Copyright © Макаров И.С., Дьяконов А.А., Лазарева Н.Н., Синяков А.А., Паренко Е.Г., 20252025Макаров И.С., Дьяконов А.А., Лазарева Н.Н., Синяков А.А., Паренко Е.Г.Makarov I.S., Dyakonov A.A., Lazareva N.N., Sinyakov A.A., Parenko E.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1502Введение

Введение. В условиях активного освоения Арктики вопрос обеспечения пожарной безопасности становится стратегической задачей. В настоящее время существует проблема затвердевания и поломки уплотнительных колец при наступлении температуры –40 °C, при заявленных рабочих температурах –60 °C, согласно категории климатических исполнений УХЛ-1, что может привести к трудностям и нештатным ситуациям во время тушения пожаров. Поэтому актуальной задачей становится разработка морозостойких уплотнительных колец. Для увеличения их срока эксплуатации и стойкости к старению необходимо использовать в рецептуре резиновой смеси противостарители.

Цель исследования

Цель исследования. Подбор противостарителей для создания рецептуры морозостойких уплотнительных колец на основе бутадиенового каучука марки СКД-В, предназначенных для использования в пожарных рукавах и гидрантах.

Задачи

Задачи: 1. Определение влияния противостарителей на свойства резиновой смеси на основе бутадиенового каучука СКД-В.2. Исследование физико-механических и структурных свойств эластомеров.3. Испытание изготовленных уплотнительных колец на основе разработанной рецептуры в реальных условиях эксплуатации на базе МЧС по Республике Саха (Якутия) и АО «Водоканал».

Объекты и методы исследования. В ходе работы изучали упруго-прочностные свойства, износостойкость, стойкость образцов к воде, твердость, остаточное деформационное сжатие, стойкость к термическому старению и структурные свойства разработанных эластомеров на основе каучука СКД-В.

Результаты и их обсуждение. Противостарители повысили упруго-прочностные свойства, предположительно, за счет стабилизации полимерной сетки, однако при применении IPPD происходит его вымывание и окрашивание воды в желтый цвет. Термическое старение снизило эластичность образцов на 32–56 %, комбинированные системы противостарителей продемонстрировали меньшую деградацию, подтвердив их эффективность. Лабораторные и натурные испытания подтвердили работоспособность разработанных уплотнительных колец в арктических условиях в соответствии с категорией климатических исполнений УХЛ-1.

Заключение

Заключение. В ходе работы была разработана морозостойкая резиновая смесь. Выбрана комбинация противостарителей нафтам-2 и ацетонанил.

Introduction

Introduction. In the context of active Arctic development, ensuring fire safety has become a strategic task. Currently, there is a problem of hardening and breaking of sealing rings when the temperature drops to –40 °C, despite the declared operating temperature of –60 °C, according to the UHL-1 climate category. This can lead to difficulties and emergency situations during firefighting. Therefore, the development of frost-resistant sealing rings is a pressing issue. To extend their service life and improve aging resistance, it is necessary to incorporate anti-aging agents into the rubber compound formulation.

The aim of the research is to identify a suitable anti-aging agent for the formulation of frost-resistant sealing rings made from SKD-V butadienе rubber, designed for use in fire hoses and hydrants.

Objectives

Objectives:1. Determination of the effect of anti-aging agents on the properties of rubber compounds based on SKD-V butadienе rubber.2. Investigation of the physico-mechanical and structural properties of elastomers.3. Testing of the manufactured sealing rings based on the developed formulation under real operating conditions at the Ministry of Emergency Situations of the Republic of Sakha (Yakutia) and JSC “Vodokanal”.

Objects and methods of research. The study examined the elastic-strength properties, wear resistance, water resistance of the specimens, hardness, residual compressive deformation, thermal aging resistance and structural properties.

Results and their discussion. Antioxidants improved the elastic-strength properties, presumably due to the stabilization of the polymer network. However, when using IPPD, leaching and water discoloration were observed. Thermal aging reduced the elasticity of the specimens by 32–56 %, while combined systems demonstrated lower degradation, confirming their effectiveness. Laboratory and field tests verified the performance of the developed sealing rings in Arctic conditions in accordance with the UHL-1 climate category.

Conclusions

Conclusions. A frost-resistan.rubber compound was developed in the course of the study. A combination of anti-aging agents, Naftam-2 and Acetonanil, was selected.

Якутиябезопасностьрукавная линияпожарные гидрантытушение пожаровУХЛ-1Yakutiasafetyfrost-resistant sealing ringshose linefire hydrantsfirefightingРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации НИР по ГЗ № FSRG-2023-0026.This work was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation and was carried out under state contracts No. FSRG-2023-0026.ReferencesPetrova N.N., Portnyagina V.V., Mukhin V.V., Kyzmina E.S. Problems of operation of elastomer materials in the arctic region // KnE Materials Science. 2016. No. 1 (1). Рр. 129–134. DOI: 10.18502/kms.v1i1.574Petrova N.N., Portnyagina V.V., Mukhin V.V., Kyzmina E.S. Problems of operation of elastomer materials in the arctic region. KnE Materials Science. 2016; 1(1):129-134. DOI: 10.18502/kms.v1i1.574Ищенко А.Д., Таранцев А.А., Шидловский А.Л. Об особенностях действий по тушению пожара в условиях Арктики // Проблемы управления рисками в техносфере. 2020. № 3 (55). С. 16–20. EDN KJIGOH.Ishchenko A.D., Tarantsev A.A., Shidlovsky A.L. About the features of fire extinguishing actions in arctic conditions. Problems of technosphere risk management. 2020; 3(55):16-20. EDN KJIGOH. (rus).Petrova N.N., Portnyagina V.V., Mukhin V.V., Shim E.L., Cho J-H. Preparation and improved physical characteristics of propylene oxid.rubber composites // Molecules. 2018. No. 23 (9). Р. 2150. DOI: 10.3390/molecules23092150Petrova N.N., Portnyagina V.V., Mukhin V.V., Shim E.L., Cho J-H. Preparation and improved physical characteristics of propylene oxidе rubber composites. Molecules. 2018; 23(9):2150. DOI: 10.3390/molecules23092150Mukhin V.V., Petrova N.N., Portnyagina V.V., Fedorov A.L., Baisheva A.V. Investigation of the plasticizer content effects on the operability of the epichlorohydri.rubber based elastomeric material during full-scale test under cold climate conditions and hydrocarbon medium influence // Materials Science Forum. 2019. No. 945. Рр. 417–421. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.945.417Mukhin V.V., Petrova N.N., Portnyagina V.V., Fedorov A.L., Baisheva A.V. Investigation of the plasticizer content effects on the operability of the epichlorohydri.rubber based elastomeric material during full-scale test under cold climate conditions and hydrocarbon medium influence. Materials Science Forum. 2019; 945:417-421. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.945.417Wu S., Xiao F., Chen Q., Liu Y., Guo B. Low temperature sealing behavior evaluation of elastomers in aircraft hydraulic systems // Rubber Chemistry and Technology. 2024. No. 97 (1). Рр. 44–58. DOI: 10.5254/rct.23.76992Wu S., Xiao F., Chen Q., Liu Y., Guo B. Low temperature sealing behavior evaluation of elastomers in aircraft hydraulic systems. Rubber Chemistry and Technology. 2024; 97(1):44-58. DOI: 10.5254/rct.23.76992Wu L., Liao S., Wang Y. Cold-Resistant Rubbers Based on Flexible Polymer Chains // Chinese Journal of Chemistry. 2023. No. 41 (17). Pр. 2197–2205. DOI: 10.1002/cjoc.202300078Wu L., Liao S., Wang Y. Cold-Resistant Rubbers Based on Flexible Polymer Chains. Chinese Journal of Chemistry. 2023; 41(17):2197-2205. DOI: 10.1002/cjoc.202300078Wang X., Zhang Y., Ren Sh., Xu Z., Li K., Hao X. et al. Effect of zinc oxide/layered double hydroxide on the mechanics of silicon.rubber at low temperature // European Polymer Journal. 2023. No. 200. Р. 112478. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2023.112478Wang X., Zhang Y., Ren Sh., Xu Z., Li K., Hao X. et al. Effect of zinc oxide/layered double hydroxide on the mechanics of silicon.rubber at low temperature. European Polymer Journal. 2023; 200:112478. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2023.112478Алешков М.В. Особенности тушения крупных пожаров на территории Российской Федерации при внешнем воздействии опасных природных явлений // Пожаровзрывобезопасность/Fire and explosion safety. 2013. № 22 (5). С. 59–64. EDN QIYYVL.Aleshkov M.V. Peculiarities of extinguishing large-scale fires on the territory of the Russian Federation under the external effect of hazardous natural phenomena. Pozharovzryvobezopasnost’/Fire and Explosion Safety. 2013; 22(5):59-64. EDN QIYYVL. (rus).Караманчук Е.А., Коноваленко П.Н., Багажков И.В. Развертывание сил и средств в условиях низких температур // Совершенствование форм и методов проведения мероприятий, направленных на защиту населения и территорий от возможных ЧС природного и техногенного характера в Арктической зоне Республики Коми : сб. мат. Всеросс. круглого стола. Усинск : Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2023. С. 23–25. EDN MHAFRZ.Karamanchuk E.A., Konovalenko P.N., Bagazhkov I.V. Deployment of forces and means under low temperature conditions. Improving the forms and methods of carrying out events aimed at protecting the population and territories from possible natural and man-made emergencies in the Arctic zone of the Komi Republic : collection of materials from the All-Russian round table. Usinsk, Ivanovo Fire and Rescue Academy of the Ministry of Emergency Situations of Russia, 2023; 23-25. EDN MHAFRZ. (rus).Пивкин А.С. Обзор пожарного автомобиля для условий Крайнего Севера АЦ-СОР 2,0-20 на базе шасси КамАЗ «Гефест» и его аналога // Актуальные проблемы безопасности в техносфере. 2022. № 1 (5). С. 12–16. DOI: 10.34987/2712-9233.2022.83.91.002Pivkin A.S. Overview of a fire truck for the conditions of the Far North AC-SOR 2.0-20 based on the KAMAZ “Gefest” chassis and its analog. Actual problems of safety in the technosphere. 2022; 1(5):12-16. DOI: 10.34987/2712-9233.2022.83.91.002 (rus).Макаров И.С., Дьяконов А.А., Спиридонов А.М., Стручкова Т.С., Охлопкова А.А., Петрова Н.Н. и др. Влияние содержания технического углерода на свойства бутадиенового эластомера // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2023. № 16 (8). С. 977–985. EDN INBBYP.Makarov I.S., Dyakonov A.A., Spiridonov A.M., Struchkova T.S., Okhlopkova A.A., Petrova N.N. et al. Influence of carbon black content on the properties of butadiene. Engineering & Technologies. Journal of Siberian Federal University. 2023; 16(8):977-985. EDN INBBYP (rus).Kaliyathan A.V., Rane A.V., Huskic M., Kunaver M., Kalarikkal N., Rouxel D. еt al. Carbon black distribution in natura.rubber/butadien.rubber blend composites: Distribution driven by morphology // Composites Science and Technology. 2020. No. 200. Р. 108484. DOI: 10.1016/j.compscitech.2020.108484Kaliyathan A.V., Rane A.V., Huskic M., Kunaver M., Kalarikkal N., Rouxel D. et al. Carbon black distribution in natura.rubber/butadien.rubber blend composites: Distribution driven by morphology. Composites Science and Technology. 2020; 200:108484. DOI: 10.1016/j.compscitech.2020.108484Макаров И.С. Исследование влияния противостарителей на свойства бутадиенового эластомера // ­Аммосов-2023 : сб. мат. общеунивер. нау. конф. студентов и магистрантов. Якутск, 2023. С. 719–722. EDN GXXAER.Makarov I.S. Study of the influence of antioxidants on the properties of butadiene elastomer. Ammosov-2023 : collection of materials of the all-university scientific conference of students and masters. Yakutsk, 2023; 719-722. EDN GXXAER (rus).Zhao W., He J., Yu P., Jiang X., Zhang L. Recent progress in the rubber antioxidants : a review // Polymer Degradation and Stability. 2023. No. 207. Р. 110223. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2022.110223Zhao W., He J., Yu P., Jiang X., Zhang L. Recent progress in the rubber antioxidants : a review. Polymer Degradation and Stability. 2023; 207:110223. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2022.110223Золотарев В.Л., Ковалева Л.А. «Титановый» каучук СКД: 1964–2014 // Промышленное производство и использование эластомеров. 2014. № 4. С. 3–4. EDN TILLJL.Zolotarev V.L., Kovaleva L.A. “Titanium” butadien.rubber: 1964–2014. Industrial Production and Use of Elastomers. 2014; 4:3-4. EDN TILLJL. (rus).Елисеев О.А., Чайкун А.М., Бузник В.М., Соколова М.Д., Попов С.Н. Основные принципы построения рецептур морозостойких резин для изделий, эксплуатируемых в условиях арктического климата // Перспективные материалы. 2015. № 11. С. 5–18. EDN UXFYSJ.Eliseev O.A., Chaikun A.M., Buznik V.M., Sokolova M.D., Popov S.N. The basic principles of creation of formula cold-resistan.rubbers stock for the products maintained in the condition of the Arctic climate. Prospective Materials. 2015; 11:5-18. EDN UXFYSJ. (rus).Чайкун А.М., Елисеев О.А., Наумов И.С., Венедиктова М.А. Особенности морозостойких резин на основе различных каучуков // Труды ВИАМ. 2013. № 12. С. 4. EDN RPZGNN.Chaikun A.M., Eliseev O.A., Naumov I.S., Venediktova M.A. Features of cold-resistant curin.rubber compounds on the basic of different rubbers. Proceeding of VIAM. 2013; 12:4. EDN RPZGNN (rus).Пучков А.Ф., Спиридонова М.П., Лапин С.В., Киба А.А. Особенности абразивного износа резин, содержащих комплексный противостаритель ПРС-1N // Каучук и резина. 2016. № 4. С. 16–19. EDN WJXSXT.Puchkov A.F., Spiridonova M.P., Lapin S.V., Kiba A.A. Some features of abrasive wear of rubbers containing complex antioxidant PRS-1N. Rubber and Rubber Products. 2016; 4:16-19. EDN WJXSXT. (rus).Мухутдинов Э.А., Дьяконов Г.С. Физико-химические основы ослабления старения резин на примере комп­лексных ингибиторов // Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 10. С. 483–504. EDN NBOQYB.Mukhutdinov E.A., Dyakonov G.S. Physicochemical principles of reducin.rubber aging using complex inhibitors as an example. Herald of Technological University. 2010; 10:483-504. EDN NBOQYB. (rus).Ершов Д.В., Редькин В.Е., Иваненко А.А., Науменко Л.С., Лапковская Е.Ю., Ткачев А.Г. Получение и исследование свойств эластомеров, модифицированных ультрадисперсными (нано) частицами // Каучук и резина. 2011. № 4. С. 19–22. EDN SAXRSX.Ershov D.V., Redkin V.E., Ivanenko A.A., Naumenko L.S., Lapkovskaya E.Yu., Tkachev A.G. Obtaining and studying the properties of elastomers modified with ultra-dispersed (nano) particles. Rubber and Rubber Products. 2011; 4:19-22. EDN SAXRSX. (rus).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.