Поливинилхлоридные композиции, модифицированные олигомерными органосилоксанами, для высокоскоростных процессов переработки (1090941), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Анализ спектров проводили вручную.Определение нерастворимой фракции ПВХ композиций. Для определениянерастворимой фракции получали разбавленные растворы (1% масс.) композицийПВХ с различным содержанием гидрида и временами прессования, полученнымипосле испытаний на термостабильность в статических условиях. Полученныерастворы пропускали через бумажный фильтр на воронке Бюхнера.
Оставшийсяна фильтре полимер промывали растворителем (ТГФ) и сушили до постоянноговеса. Фиксировали количество нерастворимой фракции.ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯПолучение образцов. Образцы для физико-механических испытаний получалипрессованием композиций предварительно смешанных на смесителе Брабендера.Смешение проводили в условиях описанных выше в течении 4 минут.Прессование образцов проводили на ручном вертикальном прессе сэлектрической системой термостатирования плит. Навески, предварительносмешанных композиций, помещали между пластинами пресса и выдерживали придавлении в гидросистеме порядка 20 МПа. Температура прессования 190 ºС.Время прессования – 4 минуты. Получали пластины толщиной порядка 0,7 мм.Из полученных пластин с помощью специального ножа, на вырубномпрессе, изготавливали образцы для физико-механических испытаний, в формелопатки.
Рабочая часть лопатки имела следующие размеры: длина рабочей зоны –23 мм, ширина - ~3,5 мм, толщина - ~0,7 мм. Толщина и ширина лопатокизмерялась микрометром для каждой лопатки отдельно, в трех местах и бралосьнаименьшее из трех измерений.115Проведениефизико-механическихиспытаний.Физико-механическиеиспытания на квазистатические нагрузки проводили на разрывной машинеINSTRON 6022 с электронной системой снятия и обработки информации.Проводилииспытанияна разрыв врежиме деформированияобразцов.Температура испытаний – 20-25 ºС.
Скорость деформации – 100 мм/мин,стартовая скорость нагружения – 1 мм/с.Модуль упругости (Е) – определяли при относительной деформацииобразца 3%, как отношение напряжения реализуемого в образце при указаннойдеформации к этой деформации. Брали среднее значение из пяти результатов.Прочность при разрыве (σр) – определяли как отношение усилия приразрыве к площади поперечного сечения образца (ГОСТ 11262-80). Брали среднеезначение из пяти результатов.Относительное удлинение при разрыве (εр) – определяли как отношениеабсолютного удлинения образца (мм) к рабочей базе образца перед началомэксперимента (ГОСТ 11262-80). Брали среднее значение из пяти результатов.Определение ударной вязкости образцов.
Ударную вязкость определяли наприборе ДИНСТАТ (ГОСТ 14235-69). Применяли копер, ударяющий повертикально стоящему образцу композиции. Образцы брали без надреза. Массакопра – 100 г. Расчетная скорость копра при соударении с образцом 5 м/с.Температура проведения испытаний – 20 ºС.
Образцы композиций получаливырубанием из прессованных пластин, как описано выше. Толщина образца – 2мм. Измеряли толщину и ширину образца, после вычисляли площадь поперечногосечения.В ходе эксперимента замеряли остаточную энергию копра после соударенияс образом. Ударную вязкость рассчитывали по формуле:, гдеAn – энергия копра израсходованная при соударении с образцом;Sобр. – площадь поперечного сечения образца.1163. Поливинилхлоридные композиции, модифицированныеорганосилоксановыми олигомерами различной молекулярной структуры.Как уже было показано в главе 1, олигодиметилсилоксаны могутприменяться как технологические добавки для ПВХ композиций. Там же,отмечены и недостатки этого класса органосилоксановых олигомеров.
Дляустранения недостатков, можно проводить изменение их химической структуры, сцелью достижения требуемых свойств. Этому посвящен данный раздел.3.1 Поливинилхлоридные композиции, модифицированные олигомерныморганосилоксаном с протяженными алкильными радикаламиПри изучении смазок на основе органосилоксанов их эффективностьоценивается по способности увеличивать расход расплава через капиллярвискозиметра. Для проведения предварительных сравнительных экспериментовбыливыбраны:олигодиметилсилоксанПМС-50(вязкость50сСт)иполиэтиленовый воск ПВ300, обычно используемый в качестве внешней смазки вПВХ композициях. Как отмечалось в литературном обзоре, одним из путейувеличения эффективности смазок на основе силоксановых олигомеров можетбыть замена метильных боковых групп на другие.
С этой целью был синтезированорганосилоксан с протяженными алкильными боковыми группами (125).(125)Длина алкильных радикалов – 14 атомов углерода, что являетсямаксимальной длиной радикала, обеспечивающей сохранение олигомеромжидкого состояния. В дальнейшем будем называть это соединение САГ-14, иисследовать его поведение в композициях ПВХ. На рисунке 22 представленырезультаты измерения объемных расходов (Q) расплавов модифицированныхПВХ композиций, содержащих смазки различной природы.117Объемный расход Q·103, см3/с6,035,04,013,02,021,00,000,511,522,5Содержание смазки, м,ч, на 100 м,ч, ПВХРисунок 22.
Зависимость объемного расхода Q расплава ПВХ композиций отсодержания смазок: 1 ПВ-300, 2 ПМС-50, 3 САГ-14 (Т=195 °С, груз 21,6 кг).Состав базовой композиции 100 м.ч. ПВХ, 3 м.ч. ТОСС, 5 м.ч. ДОФКак следует из рисунка 22, ПМС оказался наименее эффективной смазкой,так как обеспечивает наименьшие значения Q расплавов.
Изменение химическойструктурыдиметилсилоксановогоорганосилоксановогоолигомера,олигомера,которыйпривелооказалсяболеексозданиюэффективнойтехнологической добавкой, чем ПМС и ПВ-300. Таким образом, идея изменениямолекулярной структуры олигомеров реализовалась на практике.Исходяизинформации,представленнойвразделе1.1,можнопредположить, что все исследованные выше смазки увеличивают Q по механизмувнешнего смазывания. Для подтверждения этого предположения определилискорости пристенного скольжения (Vs) композиций на стенке капилляра (методМуни).На рисунке 23 показано, как изменяется скорости пристенного скольжения взависимостикомпозиции.отсодержанияразличныхсмазывающихдобавоквПВХ118Скорость скольжения Vs, мм/с7,06,035,014,03,02,021,00,000,511,522,5Содержание смазки, м.ч.
на 100 м.ч. ПВХРисунок 23. Зависимость скорости скольжения ПВХ композиций от содержания смазок:1 ПВ-300, 2 ПМС-50, 3 САГ-14 (Т=195 °С, τ = 190 кПа).Состав базовой композиции 100 м.ч. ПВХ, 3 м.ч. ТОСС, 5 м.ч. ДОФИз этих зависимостей следует, что, что механизм действия исследованныхсмазок заключается именно в увеличении пристенных скоростей скольжениярасплава. Наибольшие скорости скольжения расплавов, во всем исследованноминтервале концентраций, реализуются у композиций, содержащих САГ-14(кривая 3), молекула которого объединяет в себе элементы органосилоксана иполиэтиленового воска.
При этом Vs изменяются симбатно с Q расплава, чтоподтверждает сделанное выше предположение о механизме действия этой смазки.3.1.1 Исследование наполненных ПВХ композиций модифицированныхорганосилоксаном САГ-14Далее работоспособность САГ-14 проверили на наполненных жестких ПВХкомпозицияхсразличныминаполнителями.Вкачественаполнителейиспользовали мел с обработанной поверхностью (гидрофобизированный),шунгит, диатомит, цеолит.
Наполнители различались как природой поверхности,так и размерами частиц (эти характеристики приведены в главе 2 и таблице 35). Впроцессе приготовления композиций на смесителе Брабендера, фиксировалиизменение значения крутящего момента на валу смесителя, что позволилопостроить пластограммы смешения. В состав смешиваемых базовых композиций119(таблица 34) вводили наполнители и органосилоксан с протяженными (С14)боковыми заместителями (САГ-14).Таблица 34. Состав базовой композиции для исследованиядействия САГ-14.КомпонентСодержание, м.ч.ПВХ100ТОСС3СaSt20,8ПВ3001,2Модификатор переработки1На рисунках 24 и 25 приведены зависимости крутящего момента на валусмесителя от времени при смешении ПВХ композиций с мелом (пластограммысмешения).
Рисунок 24 а представляет собой типичную пластограмму смешениякомпозиций ПВХ.На этих пластограммах можно выделить экстремум в начальный периодсмешения. Появление этих, так называемых, критических моментов (Мкр) присмешении связанно с началом плавления (пластикации) полимера, переходомпорошкообразной смеси в плотную эластичную массу материала. При этомкоэффициент трения материала резко повышается, растут сдвиговые напряжения,что и приводит к резкому увеличению крутящего момента на валу смесителя.Наполнение полимера способствует увеличению крутящих моментов.
Каквидно из рисунка 24 а при больших степенях наполнения, критические моментызначительно возрастают, что может быть объяснено эффектом «сухого трения» вприсутствии твердых частиц наполнителя, интенсивным разрушение агломератовчастиц наполнителя и взаимодействием их с полимером, находящимся ввысокоэластическом состоянии, а также повышением вязкости расплава.После достижения максимума, наблюдается падение момента. Полимерпостепеннопереходитизвысокоэластическогосостояниявпластичное,сдвиговые напряжения уменьшаются. Стоит отметить, что при смешениихарактерно проявление эффекта саморазогрева материала [5], что приводит кповышению температуры расплава и она может оказаться выше температурытеплоносителя в стенках камеры на несколько десятков градусов. Эффектусиливаетсяпринаполнении.Увеличениетемпературыспособствует120уменьшению вязкости расплава композиции, что снижает крутящие моменты.
Внаполненныхкомпозицияхсмачиваниечастичекнаполнителяполимеромоблегчается, что приводит к уменьшению «сухого трения».После пластикации материала, крутящие моменты изменяются слабо,достигая установившихся значений (Мр), так как структура смеси и еѐтемпература практически не изменяются. Также на основании пластограммможно сделать вывод о том, что время пластикации ПВХ композиций несколькоуменьшается при увеличении степени наполнения, что можно объяснить всѐ темже усилением эффекта «саморазогрева».При введении в состав наполненной композиции САГ-14 (рисунок 24 б)характер пластограмм меняется: исчезают ярко выраженные критическиемоменты, увеличивается время пластикации, уменьшаются установившеесязначения крутящих моментов. С точки зрения практического применения, этоозначает, что добавка САГ-14 в промышленных ПВХ композициях обеспечитснижение нагрузок на шнеки перерабатывающего оборудования.800350а300600Крутящий моментКрутящий момент700б6550044003002003100126250520015010050403210012345Время, мин678012345Время, мин6Рисунок 24.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
