ISO 9924 Резина и резиновые изделия — Определение состава вулканизированных и невулканизированных смесей методом термогравиметрии

Стандарт «ISO 9924 Резина и резиновые изделия — Определение состава вулканизированных и невулканизированных смесей методом термогравиметрии», опубликованный Международной организацией по стандартизации (ISO), состоит из следующих подразделов, опубликованных под тем же названием:

Стандарт «ISO 9924-1 Часть 1: Бутадиен, сополимер этилена и пропилена и терполимер, изобутен-изопрен, изопрен и стирол-бутадиеновый каучук» описывает термогравиметрический метод определения общего содержания органических веществ, содержания сажи и содержания золы в вулканизированных и невулканизированных компаундах. Потеря массы при 300 градусах Цельсия является приблизительным показателем содержания летучих веществ в компаунде.

Данный метод подходит для анализа резиновых смесей и вулканизированных каучуков, содержащих следующие каучуки, как по отдельности, так и в смесях:

Полиизопрен природного или синтетического происхождения
полибутадиен
Сополимеры стирола и бутадиена
Сополимеры изобутилена и изопрена
Сополимеры этилена и пропилена и родственные терполимеры.

Область применения метода может быть расширена до анализа смесей, содержащих каучуки, отличные от указанных здесь, при условии, что применимость метода была предварительно проверена с использованием известных смесей или вулканизаторов аналогичного состава. Другие смеси рассматриваются в стандарте ISO 9924-2.

В принципе, взвешенный образец нагревают в потоке азота от 70 до 300 градусов в соответствии с заранее установленным графиком и выдерживают при 300 градусах в течение 10 минут. Потеря массы приблизительно указывает на общее содержание нерезиновых органических веществ, которые являются летучими при 300 градусах. В общем случае это значение не эквивалентно значению экстракта, полученного с помощью растворителя.

Затем температура в печи повышается до 550 градусов под потоком азота и поддерживается на этом уровне в течение 15 минут. Недистиллированные органические вещества и полимеры удаляются путем дистилляции при 300 градусах, а потеря массы в диапазоне от 70 до 550 градусов представляет собой общее содержание органических веществ.

Температура в печи снижается до 300 градусов под потоком азота, затем газ заменяется с азота на воздух или кислород, либо на смесь воздуха и кислорода. После этого температура в печи повышается до 650 градусов и поддерживается на этом уровне в течение 15 минут или до тех пор, пока не перестанет наблюдаться потеря массы. Сажа сжигается, и потеря массы в окислительной атмосфере при 650 градусах отражает содержание сажи. При 850 градусах, если присутствует графит, обеспечивается сбалансированный поток газа на протяжении всего процесса перехода, чтобы избежать эффектов плавучести.

Масса остатка при 650 градусах представляет собой золу (при 850 градусах, если присутствует графит).

Стандарт «ISO 9924-2 Часть 2: Акрилонитрилбутадиеновые и галобутилкаучуки» описывает термогравиметрический метод определения общего содержания органических веществ, содержания сажи, углеродистого остатка и содержания золы в вулканизированных и невулканизированных компаундах, содержащих полимеры, образующие углеродистые остатки в процессе пиролиза. Потеря массы при температуре приблизительно 300 градусов Цельсия является приблизительным показателем содержания летучих веществ в компаунде.

Данный метод подходит для анализа резиновых смесей и вулканизатов, содержащих углеводородные полимеры и сополимеры с полярными группами, образующими углеродистые остатки в процессе пиролиза, как указано в стандарте ISO 9924-1:

Сополимеры акрилонитрил-бутадиена
Карбоксилированные сополимеры акрилонитрила и бутадиена
Гидрогенизированные сополимеры акрилонитрила и бутадиена
Хлорированные сополимеры изобутилена и изопрена
Бромированные сополимеры изобутилена и изопрена

В принципе, взвешенный образец нагревают в потоке азота от 40 до 600 градусов Цельсия в соответствии с заранее установленным графиком до тех пор, пока все органическое вещество не подвергнется пиролизу. Если присутствуют сополимеры нитрил-бутадиена, небольшая часть полимера подвергнется пиролизу с образованием углеродного остатка, и этот остаток необходимо идентифицировать для определения правильного общего содержания органических веществ.

С этой целью температура печи понижается до 400 градусов под потоком азота и поддерживается на этом уровне в течение 5 минут. Затем поток газа заменяется с азота на воздух или кислород, и температура печи медленно повышается до 800 градусов. Во время этого нагрева в окислительной атмосфере происходят две различные потери массы вследствие сгорания. Первая обусловлена сгоранием углеродистого остатка, количество которого определяется и добавляется к потере, ранее определенной при 600 градусах в азоте, для получения правильного значения общего содержания органических веществ. Вторая обусловлена обычным сгоранием сажи.

Общее содержание каучука рассчитывается путем вычитания значения экстракта, полученного с помощью растворителя и определенного в соответствии со стандартом ISO 1407, из общего содержания органических веществ при условии, что все компоненты, кроме каучука, могут быть экстрагированы.

При температуре 800 градусов масса остатка представляет собой золу.

Стандарт «ISO 9924-3 Часть 3: Углеводородные каучуки, галогенированные каучуки и полисилоксановые каучуки после экстракции» описывает термогравиметрический метод определения основных компонентов каучуковых смесей, таких как эластомеры, сажа и минеральные наполнители. Он создает «отпечаток пальца» исследуемого материала. Однако результат не всегда точно соответствует теоретической формуле каучука.

Данный метод применим к сырым или компаундированным каучукам, вулканизированным и невулканизированным, после предварительной экстракции.

Этот метод применим к каучукам на углеводородной основе, используемым как в чистом виде, так и в смесях. В смесях содержание полимеров соответствует общему содержанию каучука, и, как правило, идентифицировать отдельные полимеры невозможно.

Этот метод применим к галогенированным каучукам на углеводородной основе или азотсодержащим каучукам и их смесям. Однако в таких каучуках часто образуются углеродистые остатки, которые затрудняют анализ. Применение надлежащей процедуры сводит эти препятствия к минимуму.

Этот метод также применим к каучукам с полисилоксановой основой и к каучукам, не перечисленным выше.

В принципе, взвешенный образец нагревают в известной атмосфере в соответствии с заранее установленным графиком. Сначала происходит пиролиз в инертной атмосфере (азот), затем – сгорание в окислительной атмосфере. Реакции, которые обычно вызывают изменение массы, – это разложения, окисления или реакции, приводящие к испарению компонента. Потеря массы в зависимости от температуры позволяет получить количественно пригодную для анализа термограмму, указывающую на характерные свойства материала.

Вкратце, ISO 9924 — это международный стандарт, определяющий метод термогравиметрического анализа (ТГА) для определения состава вулканизированной резины (вулканизатов) и невулканизированных резиновых смесей. Он измеряет основные компоненты путем контроля контролируемого нагрева и потери массы:

Общее содержание органических веществ (полимеры + масла + органические добавки)
Содержание технического углерода (наиболее распространенный армирующий наполнитель)
Зола (неорганические наполнители, такие как диоксид кремния и оксид цинка)
В некоторых участках обнаружены углеродистые остатки, образовавшиеся из определенных полимеров.

Резиновые смеси представляют собой сложные соединения, и в большинстве случаев, особенно после вулканизации, их точный состав невозможно достоверно определить визуально или с помощью простых химических анализов.

Этот стандарт существует по нескольким важным практическим причинам:

Контроль качества на производстве: гарантирует наличие в каждой партии ожидаемого количества дорогостоящей сажи и полимера. Небольшие отклонения приводят к существенным изменениям механических свойств (прочность на разрыв, износостойкость, теплостойкость).
Поиск и устранение неисправностей: Когда шина, уплотнение, шланг, ремень или антивибрационный компонент преждевременно выходят из строя, производители и конечные пользователи анализируют детали конкурентов или возвращенные детали, чтобы определить, не является ли причиной проблемы неправильный состав (слишком мало технического углерода, неправильная смесь полимеров, чрезмерно дешевые наполнители).
Обратное проектирование и конкурентный анализ: В резиновой промышленности это очень распространенное явление, компании хотят примерно знать, что используют их конкуренты.
Проверка поставщиков и контроль качества поступающих материалов: Крупные покупатели (производители оригинального автомобильного оборудования, производители шин) требуют от поставщиков подтверждения соответствия поставляемых смесей согласованному составу.
Согласованность результатов между лабораториями по всему миру: Без стандартизированной процедуры термогравиметрического анализа (скорость нагрева, температурные шаги, атмосферные переходы от азота к кислороду, метод расчета) разные лаборатории сообщают о значительно различающемся содержании сажи в одном и том же образце (что приводит к разногласиям в коммерческих сделках). Стандарт ISO 9924 предоставляет единый протокол для всех, обеспечивая сопоставимые и воспроизводимые результаты.

Следовательно, резиновой промышленности необходим быстрый, воспроизводимый, общепринятый на международном уровне метод измерения наиболее важных компонентов в вулканизированной и невулканизированной резине, в частности, содержания технического углерода и полимеров, для обеспечения качества, анализа причин отказов и соблюдения принципов добросовестной торговли. Стандарт ISO 9924 имеет важное значение в этом отношении.

На протяжении многих лет наша организация, располагающая компетентным и опытным персоналом, понимает потребности своих клиентов, предоставляет им необходимые передовые услуги по тестированию и помогает в создании, внедрении и совершенствовании систем управления. В рамках этой деятельности мы также предоставляем услуги по тестированию, соответствующие стандарту ISO 9924.