Диссертация (1141499), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Эти результаты подтверждены наразличных системах (смеси АБС-пластика с поливинилхлоридом, полиэтилена снанотрубками, а также ДПК, в которых матричным полимером являетсяполивинилхлорид). Полученные и проверенные соотношения применимы дляполимеров и смесей любого химического состава; дополнительно учитываетсястепень кристалличности, размеры и концентрация частиц наполнителя,микрофазовое расслоение;– установлено, что с введением наноразмерных модификаторов в видеуглеродных нанотрубок скорость релаксации наномодифицированных полимероввозрастает;– получено, что в результате введения нанотрубок УНТ1 в полиэтилен вколичестве 0.1% модуль упругости материала возрастает от 310 до 685 МПа, чтоделает возможным применение его в изготовлении конструкционных материалов;8– выявлено, что для полимерных материалов, работающих в условияхпостоянной деформации, релаксирующее напряжение в материале на основеисходного полиэтилена изменяется от 8 до 4.5 МПа при деформации 3%; в то жевремя для материалов, содержащих 0.1% нанотрубок, релаксирующее напряжениеизменяется от 15.5 до 7.5 МПа.
Поэтому такой нанокомпозит можнорекомендоватьдляизготовленияфитингов,обеспечивающихнадежноесоединение полиэтиленовых труб;– предложенная расчетная схема для анализа температуры кипениярастворов полимеров позволяет производить определения молекулярных массполимеров методом эбуллиоскопии;–оцененадлительнаянаномодифицированногомеханическаяполиэтиленаиработоспособностьдревесно-полимерногокомпозита;найдено, что эти материалы могут работать в течение многих лет;– получено, что наилучшей совместимостью компонентов обладаютматериалы, содержащие 40% АБС-пластика и 60% поливинилхлорида;– установлено, что истираемость материала на основе 40% вторичного АБСпластика и 60% поливинилхлорида составляет ~ 0.8% и не уступает истираемостистандартных покрытий, которые широко используются на практике.
Такойматериалрекомендуетсяиспользоватьдляизготовленияудешевленныхнапольных покрытий.Методология и методы исследования. Методологической основой работыпослужилиосновыстроительногоматериаловедения,опирающегосянаобобщение эксперимента, сравнительный анализ, методы математическогомоделирования, применение системного подхода.
Исследования проводились всоответствиисдействующимиГОСТамииISO,сприменениемтермомеханического анализа, анализа прочностных и релаксационных свойств, насовременном сертифицированном оборудовании.Положения, выносимые на защиту:1) Принципы получения полимерных смесей и наномодифицированныхкомпозитовсулучшеннымиэксплуатационнымихарактеристиками.9Нанокомпозиты содержат полиэтилен и углеродные наночастицы, смеси состоятиз АБС-пластика и поливинилхлорида (ПВХ).2) Проверкатемпературырасчетныхстеклованиясхемдляопределениянаномодифицированныхмодулякомпозитовупругости,исмесейполимеров.3) Температурные и концентрационные зависимости прочностных идеформационных свойств нанокомпозитов на основе полиэтилена и углеродныхнаночастиц.4) Температурные и деформационные зависимостирелаксационныхсвойств изделий из ДПК.5) Оптимальное соотношение АБС-пластика и ПВХ, полиэтилена иуглеродных наночастиц для повышения модуля упругости.6) Физико-технические характеристики смесей ПВХ и АБС-пластика,полиэтиленаиуглеродныхнаночастиц,втомчислерелаксационныехарактеристики.7) Параметры прочности, жесткости и деформативности полученныхсмесейнаномодифицированныхкомпозитов,армированныхуглеродныминанотрубками.Личный вклад автора состоит в разработке и проверке адекватностирасчетных схем для анализа свойств смесей полимеров и наномодифицированныхкомпозитов; участие автора в планировании и проведении исследований свойстввсех объектов исследования, анализе и обобщении результатов работы,оформлении полученных результатов в виде публикаций и докладов.Степень достоверности результатов работы обеспечивается проведениемиспытаний на современном оборудовании, применением стандартизированныхметодик,обеспечивающихрезультатов,обработкойдостовернуюточностьэкспериментальныхиданныхвоспроизводимостьсиспользованиемсовременных теорий по свойствам смесей полимеров и ядер релаксации,основанных на изменении термодинамических функций в ходе релаксационногопроцесса.10Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работыпрошли апробацию на следующих конференциях:Международнаянаучно-практическаяконференциястудентов,магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Строительство - формированиесреды жизнедеятельности», Москва (2015), (2016), (2017), (2018); Международнаянаучная конференция «Молодые исследователи - регионам», Вологда (2015); Xмеждународная научно-практическая конференция «Научные перспективы XXIвека, достижения и перспективы нового столетия», Новосибирск (2015);Международная научно-практической конференции «О вопросах и проблемахсовременныхматематическихиестественныхнаук»,Челябинск(2015);Международная научно-практическая конференция «Наука сегодня: реальность иперспективы».
(2016); VI Бакеевская Всероссийская с международным участиемшкола-конференция для молодых ученых «Макромолекулярные нанообъекты иполимерныенанокомпозиты»,Москва(2016);Международнаянаучнаяконференция «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке иобразовании», Москва (2017). Конференция-аттестация «Веснянка 2018», ФГБУН«Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова» РАН,Москва (2018), XXVII R-S-P Seminar, Theoretical Foundation of Civil Engineering(27RSP) (TFoCE 2018) Rostov-on-Don, Russia (2018).Внедрение результатов исследований. Результаты диссертационнойработы внедрены на ООО НПТО «Тисма» при изготовлении опытной партииплиток на основе смеси вторичного АБС-пластика с ПВХ (в концентрации 40/60).Публикации.
Основное содержание работы опубликовано в 22 научныхстатьях и докладах, в том числе 10 статей в рецензируемых научных журналах,рекомендованных Высшей аттестационной комиссией для публикации основныхнаучных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.Из этих статей 4 статьи соответствуют специальности диссертационной работы. 2работы в зарубежных изданиях, индексируемых в Scopus. Остальные 10 работ —материалы научных конференций.11Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав,заключения, списка литературы, приложения. Работа изложена на 156 страницахмашинописного текста, включающего 75 рисунков, 15 таблиц, 227 наименованийлитературных источников, 1 приложение.Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.х.н.заслуженному деятелю науки РФ, проф.
Аскадскому Андрею Александровичу изаведующему кафедрой ТВВиБ д.т.н., заслуженному деятелю науки РФ, проф.Баженову Юрию Михайловичу за внимание к работе. Также автор признателенколлективу лаборатории полимерных материалов ИНЭОС РАН и сотрудникамкафедры ТВВиБ за помощь при подготовке диссертационной работы.12ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР1.1. Полиэтилен: структура, свойства, применение в строительствеПолиэтилен (ПЭ) — один из наиболее крупнотоннажных и широкораспространенных как в России, так и во всем мире полимерных материалов[100].
Он занимает лидирующую позицию на мировом рынке пластических масс— 32,5% от общего объема выпускаемых полимеров [133]. Благодарядоступности сырья, сочетанию ценных свойств со сравнительно низкимизатратами на его получение полиэтилен по объему производства занимает средипластмасс первое место [210,225]. Высокие эксплуатационные свойства ПЭ и егоспособность к переработке производительными методами дают возможностьприменять этот полимер практически во всех сферах промышленности инародного хозяйства [99,133,169,171,208].Полиэтилен находит самое широкое применение в строительстве — оттрубопроводов, шлангов, оболочек кабелей и емкостей для воды и различныхагрессивных жидкостей (например, щелочей, кислот и др.) до различныхдекоративных плиток и покрытий, защищающих от атмосферных воздействий икоррозии, волокон и тканей.
Из вспененного пористого ПЭ получаютзвукоизолирующие и теплоизолирующие материалы. В виде пленки ПЭиспользуют как покрытие, пропускающее более 90% ультрафиолетовогоизлучения (например, для теплиц), для решения гидроизоляционных задач, дляупаковки. [178,196,203,216]Полиэтилен—это карбоцепной полимер непредельного алифатическогоуглеводорода семейства олефинов — этилена:[—СН2—СН2—]n.Известно, что для макромолекул ПЭ характерно линейное строение снебольшим числом боковых ответвлений. В зависимости от способа получения13молекулярная масса данного полимера может составлять от десятков тысяч донескольких миллионов [208].
Полиэтилен — типичный пример аморфнокристаллического полимера, степень его кристалличности никогда не достигает100%: наряду с кристаллической фазой в полимере всегда присутствует аморфнаяфаза [176].В кристаллических областях конформация цепи полиэтилена представляетсобой плоский зигзаг, период идентичности которого составляет 2,53·10 -4 мкм[133,170]:В зависимости от способа получения ПЭ определяются его молекулярнаямасса, структура и соответствующие свойства.
Выделяют:— полиэтилен высокого давления (ПЭВД) (Low Density Polyethylene)(получен при высоком давлении);— полиэтилен среднего давления (ПЭСД) (получен при среднем давлении);— полиэтилен низкого давления (ПЭНД) ((High Density Polyethylene)(получен при низком давлении).Комплекс свойств ПЭСД и ПЭНД в целом сходен, поэтому их обычноназывают полиэтиленами высокой плотности (ПЭВП) [98].Рассмотренные типы полиэтилена имеют разные степени разветвленности.Так, например, на 1000 углеродных атомов ПЭНД имеет 4-6 боковыхответвлений, ПЭСД имеет 3-4, в ПЭВД имеет уже более 15. В ответвленияхприсутствуют различные группы (метильные, бутильные, этильные).
Содержаниеметильных групп определяет разницу в плотности и степени кристалличностиполимера. Так, например, степень кристалличности ПЭВД 55-65%, ПЭСД 6673%, ПЭНД 74-95% [193]. В свою очередь, с ростом степени кристалличностиувеличивается плотность полиэтилена.Относительно низкая прочность и жесткость полиэтилена в сравнении сдругими полимерными материалами успешно компенсируется высокой ударной14вязкостью и растяжением при разрыве, высокой износостойкостью и химическойстойкостью [193].Кроме того, ПЭ обладает целым рядом других ценных свойств, к которым впервую очередь относятся следующие: способность «работать» в очень широком интервале температур безпотери гибкости и эластичности (от -70 до 100°С); высокиеэлектроизоляционныесвойствавширокомдиапазонетемператур и частот; низкое водопоглощение и газопроницаемость; высокая кислото- и щелочестойкость; биологическая инертность; стойкость к воздействию радиации; возможность эффективной вторичной переработки; возможностьпереработкивсемиизвестнымидлятермопластовметодами.В России полиэтилен выпускается в соответствии с ГОСТ 16338-85 и ГОСТ16337-77.
В работе [135] приведены сравнительные свойства полиэтиленавысокого и низкого давления, показанные нами в таблице 1.1.Таблица 1.1. Сравнительные свойства ПЭ [135]ПоказателиМолекулярная масса, тыс.Плотность, кг/м3Доля кристаллической фазы, %Температура плавления, °СТеплостойкость по Вика, °СМорозостойкость, °СПрочность при растяжении, МПаОтносительное удлинение при разрыве, %Твердость по Бринеллю, МПаМодуль упругости при растяжении, МПаУдельная теплоемкость, кДж/(кг·°С)ПЭВД40-400918-93560-75105-11580-90-7010-16150-100015-25145-2452,1-2,8ПЭНД70-800948-95975-85125-135125-128-7022-32300-80045-60540-9801,8-2,315Главными поставщикам ПЭ на российский рынок являются такиепредприятия, как: Казаньоргсинтез, Нижнекамскнефтехим, Томский НХЗ и др.Средняя цена в 2017 г на отечественном рынке на ПЭНД составляет 100 руб/кг, ана ПЭВД — 94 руб/кг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
