Разработка морозостойких уплотнительных колец для обеспечения противопожарной безопасности в Арктических регионах РФ

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

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

1. Petrova 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.v1i1.574

2. Ищенко 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.

3. 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/molecules23092150

4. Mukhin 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.945.417

5. Wu 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.23.76992

6. Wu 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.202300078

7. Wang 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.2023.112478

8. Алешков 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.

9. 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.

10. 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: 10.34987/2712-9233.2022.83.91.002

11. 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.

12. 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.2020.108484

13. Макаров 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.

14. 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.2022.110223

15. Золотарев В.Л., Ковалева Л.А. «Титановый» каучук СКД: 1964–2014 // Промышленное производство и использование эластомеров. 2014. № 4. С. 3–4. EDN TILLJL.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.