Диссертация (Структура и свойства строительных материалов на основе наномодифицированных композитов и смесей полимеров), страница 7

Сажевый концентратДля приготовления композиций на основе полиэтилена низкого давления,наполненного техническим углеродом (сажей), был использован сажевый43концентрат на основе ПЭВД марки П 1901/05 ПЭ, изготовленный фирмой "Баско"по ТУ 2243-001-23124265-2000. Основные свойства сажевого концентратаприведены в таблице 2.1.Используемый концентрат содержит высокоструктурные типы печной сажисбольшойудельнойповерхностью:HAF(HighAbrasionFurnace)—высокостойкий к истиранию и FEF (Fast Extrusion Furnace) — быстроэкструдируемый. Подобное сочетание позволяет производить концентраты ссодержанием технического углерода более 40 %, не ухудшая при этомреологические свойства концентратов и обеспечивая довольно хорошуюдиспергируемость сажи в полимерной основе (ГОСТ 7885-86).Таблица 2.1.

Основные свойства сажевого концентрата марки П 1901/05 ПЭНаименование показателяМассовая доля технического углерода, %Значение показателя40,0±2Гранулометрический состав, мм2-5Насыпная плотность концентрата, г/см30,64ПТР концентрата (2,16 кг, 190°С), г/10 мин41Термостойкость, °С260Оптическая плотность0,53Тип сажиHAF/FEF2.1.5. Лапроксид (моноглицидиловый эфир 2-этилгексанола)В работе для улучшения адгезии между полимером и наполнителем, а такжедля достижения более равномерного распределения наночастиц в объемеполиэтиленовой матрицы в ряде образцов в качестве модифицирующей добавкииспользовался "Лапроксид 301Г".

Формула Лапроксида 301Г представлена насхеме:44Низкомолекулярный монофункциональный Лапроксид 301Г применяется восновном в тех случаях, когда необходимо снижение вязкости полимернойсистемы, либо для создания наполненных систем с хорошим смачиванием. Крометого, Лапроксид может служить активным разбавителем эпоксидных смол.Введение 10-15% Лапроксида значительно повышает трещиностойкость, ударнуювязкость, а также снижает температуру стеклования материала. Физикохимические свойства Лапроксида приведены в таблице 2.2 [143].Таблица 2.2. Основные физико-химические показатели Лапроксида 301ГНазвание показателяЛапроксид 301ГТУ 2225-049-10488057-2009Функциональность1Массовая доля эпоксидных групп, %17-22Вязкость при 25°С, мПа·с3-102.1.6.

АБС-пластикВ работе использовался вторичный АБС-пластик. Нами был определен егохимический состав. Был проведен микроанализ образца, а затем определеныколичественные доли углерода, азота и водорода. На основе полученных данныхнами была составления следующая система уравнений, учитывающая химическоестроение всех компонентов АБС-пластика: 36 x  48 y  96 z 53 x  54 y  104 z  0.8683 3x  6 y  8 z 0.085253x54y104z14 x 0.046553x54y104zгде x, y и z – молярные доли повторяющихся звеньев полиакрилонитрила (ПАН),ПБ и ПС соответственно, x + y + z = 1.

Уравнения в этой системе определяют45весовую долю углерода, весовую долю водорода и весовую долю азотасоответственно.После преобразований получаем систему линейных уравнений, решениемкоторой являются следующие значения:x = 0.23, y = 0.45, z = 0.32.Таким образом, исследуемый вторичный АБС-пластик содержит 23, 45 и 32 %мольныхдолейполиакрилонитрила,полибутадиенаиполистироласоответственно.

В пересчете на весовые доли это составляет 17.5, 34.8 и 47.1 %соответственно.2.1.7. ПоливинилхлоридВ работе использовался суспензионный поливинилхлорид производствафирмы LG Chem Ltd со степенью полимеризации 700±50, плотностью 1.4 г/см3 иразмерами частиц 99,8 мкм.2.1.8. СКЭПТВ работе использовался тройной этилен-пропилен-диеновый эластомер(СКЭПТ) фирмы «Polimeri Eouropa» (Италия) Dutral TER 4044 (СКЭПТ 4044).Пропиленовых звеньев – 35%, 5-этилиден-2-норборнена - 4%.2.1.9. ПолипропиленВ работе использовался вторичный ПП, термомеханическая криваякоторого показана на рисунке 2.1.46Рисунок 2.1 – Термомеханическая кривая вторичного ППТемпература плавления ПП составляет 170оС. Чтобы определить степенькристалличности была проведена съемка на порошковом дифрактометре StoeStadi P в геометрии θ/θ, λCu Kα (1.5418 Å) с графитовым монохроматором навторичном пучке. Степень кристалличности рассчитана по Китайгородскому какотношение интегральной интенсивности дифрактограммы с вычтенным фоном кисходной дифрактограмме в интервале 2θ 5–45o.

Полученное значение степеникристалличности составляет 40±2%.2.1.10. Древесно-полимерные композитыВ качестве объектов исследования древесно-полимерных композитов (ДПК)использовались террасные доски, производимые отечественной компаниейSavewood (рисунок 2.2). В качестве матричного полимера использовалсяполивинилхлорид (ПВХ).Рисунок 2.2 – Внешний вид террасной доски472.2. Методы исследования2.2.1. Термомеханический анализатор (ТМА)В результате термомеханического анализа определяется температурнаязависимость деформации при действии постоянного напряжения.

В работеиспользовался прибор ТА Instruments (США), модели Q400 (рисунок 2.3).Принципиальная схема работы прибора показана на рисунке 2.4.Рисунок 2.3 – Термомеханическийанализатор Q400Рисунок 2.4 –Принципиальнаясхема ТМАДля испытаний использованы таблетки диаметром 6 мм и высотой 2 мм.2.2.2. Испытания на сжатие и релаксацию напряженияИзмерения кривых сжатия и релаксации напряжения проводились наприборе для микромеханических испытаний Дубова-Регеля (рисунок 2.5) наобразцах размером 4×4×6 мм48Рисунок 2.5 – Релаксометр конструкции Дубова-Регеля2.2.2.1. Испытания на релаксацию напряженияИспытания на релаксацию напряжения проводились в интервале температурот 23 до 85°С и интервале деформаций от 2 до 5 %.2.2.2.2.

Аппроксимация кривых релаксации напряжения в линейной областимеханического поведенияДля аппроксимации кривых релаксации напряжения применяли уравнение(1.1) Больцмана-Вольтерры. Использовали ядра релаксации, входящие в этоуравнение, основанные на рассмотрении термодинамических функций и ихизменений в ходе релаксационного процесса [82,83,86,89]. Согласно работам[82,83,86,89] процесс релаксации протекает в результате взаимодействия идиффузии кинетических единиц (так называемых релаксаторов). Релаксаторамимогут быть различные группы атомов повторяющихся звеньев, большие49фрагменты макромолекул и их сегменты, микропустоты, концентраторынапряжения и т.д. Движущей силой процесса релаксации является производствоэнтропии системы.

Энтропия смешения двух типов кинетических единицопределяется соотношениемS  k B lnm*!m *! 1   m *!,(2.1)где kB – константа Больцмана; m* — общее количество кинетических единиц (вданном случае релаксаторов и нерелаксаторов в единице объема);  — долярелаксаторов от общего объема кинетических единиц.Так как ядро релаксации связано [82,83,86,89] с обратной величинойэнтропии, то в результате ядро релаксации записывается в общем видеследующим образом:T   S0 11 ,k B m   ln   1  ln1   ln 0.5 (2.2)где S0 – начальная энтропия системы (образца), m  m*T*()d  .0Если величина α определяется соотношением*n1где k  kС0 ;  C1,C0 1  k *  (2.3)1; n – порядок реакции; C0 – начальная концентрацияn 1релаксаторов, тоT1   S0 11  (2.4)k B m1     0 ln   0   1     0 ln1     0  ln 0.5 где α0 = 10-10.Ядро T1(η) действует в тех случаях, когда релаксационный процесслимитируется скоростью взаимодействия релаксаторов.50Если процесс релаксации лимитируется скоростью диффузии кинетическихединиц, то доля нерелаксаторов определяется из соотношения(1 - ) = ab/2,(2.5)где 0 <b< 1 и a – константа.Тогда ядро релаксации приобретает видT2   S0k B m211   ln   1   ln 1    ln 0.5  ,(2.6)где  = a/2.2.2.3.Определение плотности и степени кристалличностиПлотностьопределялиметодомгидростатическоговзвешиваниянааналитических весах в соответствии с ГОСТ 15139-69.

По измеренным значениямплотностей определяли величину степени кристалличности α по формуле:кр  ам, кр  ам(2.6)где ρам — плотность абсолютно аморфного полимера, ρ — плотностьанализируемого образца, ρкр — плотность идеального кристалла [89].Плотность абсолютно аморфного полиэтилена и плотность идеальногокристалла были определены с помощью компьютерной программы "Каскад"(ИНЭОС РАН).

Данные величины равны соответственно ρам = 0,884 г/см3 иρкр = 1,0096 г/см3.2.2.4. Определение истираемостиУстойчивость к истираемости является одной из важных эксплуатационнойхарактеристикой материала. Особенно для изделий, у которых недопустимы51изменения во внешнем виде (потеря цвета, блеска, появление царапин,потертостей и пр.) в ходе эксплуатации.Нами использовался прибор для испытаний на устойчивость к истираемостиTaber Abraser (рисунок 2.6).Рисунок 2.6 – Прибор Taber AbraserПроцедура испытания на приборе Табера следующая: образец закрепляетсяна вращающемся с частотой 60 об/мин диске под абразивными кругами, затемустанавливается требуемая нагрузка (250, 500 или 1000г).

Абразивные кругифактически представляют собой точильные камни в форме круга. Используютсяразличные типы этих кругов (рисунок 2.7). Силы, создаваемые грузами,прижимают абразивные круги к образцу. Абразивные круги за счет движениядиска вращаются и истирают поверхность образца (рисунок 2.8).Рисунок 2.7 – Абразивные кругиПосле заданного числа циклов испытания прекращают. Массу потерь наистирание определяют как массу частиц, которые были удалены с образца: этумассу выражают в мг/1000 циклов.52Рисунок 2.8 – Схема прибора Taber AbraserИспытания были проведены в соответствии с ISO 9352-2012.533. ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИЦИЙ3.1. Получение композиций на основе полиэтилена3.1.1.

Приготовление полимерных смесей на основе полиэтиленаНа стадии предварительного смешения компонентов для приготовленияполиэтиленовых композиций гранулированный полиэтилен, наполнитель (иликонцентрат) и модификатор помещались в емкость с мешалкой, в которойкомпоненты интенсивно перемешивались со скоростью 620 об/мин. Некоторыепартии материала на стадии смешения подвергались ультразвуковой обработке.Полученная смесь загружалась в бункер двухшнекового лабораторногоэкструдера.Температурапереработкиполиэтиленовыхкомпозицийподдерживалась на уровне 170-1800С.

Полученные в процессе экструдированиястренги композиционного материала подвергались воздушному охлаждению споследующей грануляцией на лабораторном ножевом грануляторе. Размерполучаемых гранул составлял 4-5 мм.В качестве перерабатывающего оборудования в настоящей работе былиспользован двухшнековый лабораторный экструдер с однонаправленнымвращениемшнеков,снабженныйводянымохлаждением.Техническиехарактеристики экструдера приведены в таблице 3.1.Таблица 3.1. Техническая характеристика лабораторного экструдераПоказательЗначениеДиаметр шнека, мм30Длина шнека, мм440Производительность, кг/ч5Мощность двигателя, Вт3000Скорость вращения шнека, об/мин150543.1.2 Прессование композиций из полиэтиленаПрессование полиэтиленовых композиций осуществлялось на ручномвинтовом гидравлическим прессе марки Silfradent 660 (Италия) с рабочимусилием до 15000 кг.