Системы термостабилизаторов для пероксидно-сшитого полиэтилена высокой плотности и оптимизированная технология получения труб (1091256), страница 3
Текст из файла (страница 3)
На рис. 1 приведена зависимость величины ∆М от содержаниягель-фракции.Рис. 1. Зависимость величины ∆М от содержания гель-фракции в образцах.11Используя данный график, зная величину ∆М, можно определить основной показательработоспособности изделия - содержание гель-фракции в образце, что существеннооблегчает и сокращает процесс проверки качества (реакционной способности) рабочей смесиПЭВП с добавками. Полученная зависимость стала основой при разработке методикитехнологического контроля качества производства труб РЕХ-а.Глава 3.3. Исследование эффективности компонентов термостабилизирующейсистемы для производства труб РЕХ-а.Лабораторные опыты по тестированию антиоксидантов показали, что наибольшейэффективностью и технологичностью для данного применения обладает смесь жидкихантиоксидантов СЗФл2 с СЗФт.Рис.
2. Зависимость величины ∆М то содержания ДТБП в рабочих смесях а) несодержащих антиоксидантов; б) содержащих 0,50масс.% СЗФл2, 0,15 масс.% СЗФт, 0,10масс.% УФС.Из данных, приведенных на рис. 2, видно, что при одинаковом содержании пероксидастепень сшивания выше в смеси, содержащей только полиэтилен и пероксид и несодержащей антиоксидантов. Следовательно, между пероксидом и антиоксидантамипроисходит взаимодействие, в результате которого расходуется как пероксид, так иантиоксидант.Чтобы определить, какой из антиоксидантов влияет на степень сшивания, был проведенэксперимент, моделирующий поведение добавок в температурно-временных условиях,приближенных к условиям изготовления трубы (по аналогии с экспериментом, описанном вглаве 3.1, провели термообработку добавок и их смесей на воздухе при 250°С в течение 1512мин).
Изменение химической структуры образцов до и после термообработки анализировалиметодами ИКС и ЯМР.Было обнаружено, что антиоксидант СЗФт не взаимодействует с ДТБП, в то время какСЗФл2 взаимодействует с пероксидом по реакции, аналогичной реакции ДТБП с СЗФл1, врезультате чего происходит уменьшение величины ∆М, и, следовательно, степени сшиванияполиэтилена. То есть компоненты СЗФл2 и ДТБП частично расходуются в процессеполучения труб на побочную реакцию взаимодействия между собой. Поэтому припроизводстве труб из РЕХ-а с использованием ДТБП и антиоксиданта СЗФл2 необходимовводить избыток этих веществ, для обеспечения требуемой степени сшивки и стойкостиполучаемых труб к воздействию окружающей среды.Былопоказано,чтоиспользованиечетырехкомпонентнойсмесипероксидасостабилизаторами и исключение предварительного нагрева порошка на стадии смешенияПЭВП с жидкими компонентами рецептуры позволяют предотвратить потери органическогопероксида на стадии приготовления рабочей смеси.
Экспериментально была показанавозможность хранения смеси пероксида с жидкими добавками в складских условиях втечение более 4-х суток без потери эффективности компонентов.Для оценки равномерности распределения жидких компонентов в порошке ПЭ быларазработана методика, основанная на анализе концентрации ДТБП в порошке ПЭВП,содержащем антиоксиданты и светостабилизатор,методом Фурье-ИКС в режимедиффузного отражения. Данная методика контроля технологического процесса былавнедрена в производство в ЗАО «Завод АНД Газтрубпласт».Глава 3.4. Оптимизация содержания антиоксидантов в смеси PEX-аЭксперименты с варьированием соотношения антиоксидантов СЗФл2 и СЗФт в диапазонесуммарных концентраций 0,2-1,0 масс.% при постоянном содержании ДТБП 0,55% показали,что с увеличением содержания в смеси СЗФл2 уменьшается степень сшивания полиэтилена.В ходе модельного эксперимента, описанного в главе 3.3, доказали, что это происходит врезультате реакции между ДТБП и фенольным антиоксидантом СЗФл2.
При суммарномсодержании антиоксидантов СЗФл2 и СЗФт в полиэтиленовой композиции 0,6 - 0,9%значение содержания гель-фракции находится в диапазоне 82 – 84%, а индукционногопериода окисления - 8 – 17 мин. Эти значения являются оптимальными для полученияизделия с достаточнымуровнем эксплуатационных свойстви высоким уровнемтермостабильности. Важным результатом также является и то, что выбранная рецептурапозволяет при варьировании соотношения антиоксидантов в достаточно широком диапазоне- от 0,4 до 0,7% по СЗФл2 и от 0,1 до 0,4% по СЗФт - получить готовое изделие с13необходимыми показателями качества.
Т.е., разработанная рецептура является вполнетехнологичной.На основании вышеизложенного, совместно с Государственным институтом прикладнойхимии (г. Санкт-Петербург) были разработаны «Исходные данные для проектирования узласмешенияпорошкообразногоПЭсди-трет-бутилпероксидомиантиоксидантамипроизводительностью 6 т/сутки».Рис.3. Схема приготовления рабочей смеси по новой технологии. 1-смеситель; 2 – весовойбункер для порошка ПЭВП; 3 – растарочный бункер для порошка ПЭВП; 4 – весовой бункердля смеси жидких компонентов; 5 – растарочный бункер для рабочей смеси; 6 – емкость дляхранения рабочей смеси; 7 – весовой бункер для жидких компонентов; 8 – накопительнаяемкость для жидких компонентов; 9 - 12 – растарочные емкости с жидкими компонентами(тара производителей); К1 – К5 - задвижки с пневмоприводом; Н1 – Н5 – дозирующиенасосы; Ш1, Ш2 – шнековые транспортеры; Т1 – Т3 – тензодатчики.Новый узел приготовления рабочей смеси был запущен в эксплуатацию в ЗАО «ЗаводАНД Газтрубпласт» в 2008 г., и с этого времени приготовление рабочей смесиосуществляется по усовершенствованной технологии в автоматическом режиме.Жидкие компоненты рабочей смеси (СЗФл2, СЗФт, УФС и ДТБП) дозируются внакопительную емкость (см.
рис.3), перемешиваются, а затем загружаются в основнойсмеситель, где уже находится порция ПЭВП. Смешение компонентов осуществляют притемпературе 25±1°С в течение 5 мин. После этого производится выгрузка готовой смеси в14промежуточную емкость, откуда она подается в контейнеры, которые устанавливаются наэстакаду, находящуюся над экструдерами.Глава 3.5. Исследование влияния рецептуры антиоксидантов на долговечность трубРЕХ-а при постоянном внутреннем гидростатическом давлении.Образцы труб, изготовленных по новой оптимизированной рецептуре, подверглииспытаниям на стойкость к внутреннему гидростатическому давлению согласно ГОСТ24157.
Испытания проводили на образцах труб следующих типоразмеров (диаметр (мм) хтолщина стенки (мм)): 25х2,3; 32х2,9; 40х3,7; 50х4,6; 63х5,8; 75х6,8. Параллельно былоиспытано по 3 образца трубы каждого типоразмера. В табл. 2 в качестве примера приведеныданные гидравлических испытаний для трех типоразмеров труб.Таблица 2.Результаты гидравлических испытаний трубы из РЕХ-а с оптимизированной системойстабилизации.ТипоразмерВремя до разрушения образца, чтрубыпри температуре испытания (°С)/контрольном давлении (МПа)20/12,095/4,895/4,795/4,695/4,4норма –норма – 1час норма –норма –норма –1час22 часа165 часов1000часов32х2,97,459165*1066*1400*40х3,77,11106317*1072*1054*50х4,68137,4260*1072*1053** - эксперимент был прерван до достижения разрушения образцов, так как трубыпростояли много больше контрольного времени.Из данных табл.
2 видно, что образцы прошли испытания с многократным превышениемтребуемых показателей. Эти испытания являются решающими при допуске данного изделияк эксплуатации.Существовало мнение о необходимости выстаивания рабочей смеси в течение 24 ч дляобеспечения диффузии добавок в частицы ПЭВП. Экспериментально было доказаноотсутствие такой необходимости. Все образцы, изготовленные по новой рецептуре ипрошедшие испытания, были изготовлены непосредственно после стадии приготовлениярабочей смеси.Глава 3.6.
Исследование миграции антиоксидантов в горячую водуТрубы из РЕХ-а используются для горячего и холодного водоснабжения, т.е. относятся кизделиям, непосредственно участвующим в цикле жизнедеятельности человека. К таким15изделиям предъявляются дополнительные очень жесткие требования по миграции истойкости к дезинфицирующим веществам.С учетом соответствующих директив Евросоюза, приведенных в Еuroреаn АссерtanсеScheme - европейской схеме регулирования допуска пластмасс для использования визделиях, применяемых в жизненном цикле человека, была разработана собственнаяпрограмма испытаний, включающая:- термообработку образцов труб в проточной водопроводной воде при температуре 95°С смаксимальной экспозицией до 360 суток;- термообработку срезов труб толщиной 150 мкм в дистиллированной воде, а также вэтаноле при температуре 60°С в течение 13 суток.Согласноданнымтабл.3,миграционнаяспособностьпервичныхфенольныхантиоксидантов (СЗФл1 и СЗФл2) в воду и этанол практически одинакова, несмотря наразницу в их молекулярных массах и агрегатных состояниях (СЗФл1 твердый, молекулярнаямасса 531 г/моль, СЗФл2 жидкий, молекулярная масса 390 г/моль).Таблица 3.Количество мигрировавших (экстрагированных) антиоксидантовМиграционнаяКоличество антиоксидантов, экстрагированных из срезов трубсредаРецептура 1 (старая):Рецептура 2 (новая):0,55% ДТБП,0,55% ДТБП,0,5% СЗФл1,0,5% СЗФл2,0,15% ТФл1,0,15% СЗФт,0,1% УФС0,1% УФССЗФл1ТФл1СЗФл2СЗФтВодаСледыНе обнаружено Не обнаруженоНе обнаружено(<0,01%)Этанол0,06%Следы0,06%Не обнаружено(<0,01%)Миграционная способность вторичных антиоксидантов ТФл1 и СЗФт также мала,несмотря на то, что в новой рецептуре был использован стерически-затрудненный фосфит, атрадиционные органические фосфиты являются гидролитически нестойкими соединениями.Полученные данные говорят как о безопасности разработанной рецептуры для организмачеловека, так и о продолжительности ее эффективной работы на протяжении периодаэксплуатации изделия.16Глава 3.7.
Исследование влияния хлорированной воды на физико-химическиесвойства труб, изготовленных из РЕХ-аПоскольку трубы из РЕХ-а используются в сетях горячего и холодного водоснабжения,необходимо исследовать их материал на стойкость к действию растворов дезинфицирующихвеществ, содержащихся в питьевой воде. В России в качестве дезинфицирующего веществаобычно используют гипохлорит натрия с концентрацией в воде 1,5 - 3,0 мг/л.Эксперименты показали, что даже длительная термообработка труб из РЕХ-а при 80°Схлорированной водой в указанных концентрациях не приводит к каким либо заметнымизменениям структуры РЕХ-а. Увеличение концентрации гипохлорита натрия в 10 раз посравнению с нормативными значениями приводит к определенным изменениям химическойструктуры РЕХ-а. В ИК-спектрах поверхностных слоев образцов появляются новые полосыпоглощения 1015, 1585, 1740 и 3410 см-1.
Их интенсивность растет как с увеличениемконцентрации гипохлорита натрия в воде, так и с увеличением времени термообработки.Анализ ИК-спектров показал, что на поверхности образцов трубы образуются новыекислородсодержащиеструктуры.Полученныеданныесогласуютсясрезультатамиисследования химической структуры образцов методом РСМА: исследования образцов труб,обработанных раствором гипохлорита натрия с существенно завышенной концентрацией,показали увеличение концентрации кислорода в образцах.Важнейшим результатом данного исследования является доказательство того, что даже вжесточайших условиях обработки дезинфицирующим веществом прямого хлорированияРЕХ-а не происходит.Глава 3.8. Прогнозирование сроков службы труб из РЕХ-а при эксплуатации приповышенных температурах и в условиях длительного складского хранения.С целью прогнозирования изменения физико-механических свойств материалов в течениесрокаэксплуатациипроводятускоренныеиспытаниянастойкостькстарению.Термоокислительное старение труб из РЕХ-а, изготовленных с использованием новойрецептуры стабилизации, проводили в интервале температур 110 - 190ºC.Скоростьизменениясвойствматериаласущественнозависитоттемпературытермообработки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
