Диссертация (1141499), страница 3
Текст из файла (страница 3)
На рисунке 1.1 представлена динамика изменения цен вРоссии на ПЭВД и ПЭНД в 2013 году [180].Рисунок 1.1 – Внутренние цены на ПЭВД и ПЭНД в 2013 гКак и любому другому материалу, полиэтилену свойственен ряднедостатков,такихкакгорючесть,значительнаяползучесть,высокийкоэффициент линейного теплового расширения, низкая тепло- и светостойкость,склонность к растрескиванию при нагружении [208].Свойства ПЭ можно изменять путем модифицирования, т.е.
смешением сдругими полимерами или сополимерами [176]. Однако, в настоящее время самымперспективным способом повышения физико-механических, эксплуатационных идругих показателей, является введение в полиэтилен различных по природенаполнителей и создание на его основе композиционных материалов сулучшенными свойствами.1.1.1. Общая характеристика полиэтилена низкого давленияПолучаемые разными способами полиэтилены несколько различаются поструктуре и, как следствие, по свойствам.
Подробнее остановимся нарассмотрении ПЭНД, который выступает в качестве объекта исследования вданной работе.16ПЭНД является материалом общетехнического назначения со значительноболее высокими твердостью, теплостойкостью и морозостойкостью, чем ПЭВД.Материалоемкость изделий на основе ПЭНД примерно в полтора раза ниже, чемна основе ПЭВД. В отличие от полиэтилена высокого давления ПЭНД болееустойчив к воздействию растворителей и агрессивных сред различной природы.Полиэтилен низкого давления — это эластичный полимер с высокой степеньюкристалличности, что и определяет его высокую плотность, а, следовательно, иповышенныефизико-механические характеристики[80].СвойстваПЭНДпредставлены выше в таблице 1.1.Возможностьнеполногоудалениякатализатораприпроизводствеполиэтилена низкого давления ограничивает его использование в изделиях,контактирующих с пищевыми продуктами, и ухудшает его электроизоляционныехарактеристики [133].ПЭНД выпускается суспензионным и газофазным методом в соответствии сГОСТ 16338-85.Полиэтилен марки ПЭНД 273 — базовая марка газофазного полиэтилена,входящая в список самых популярных марок ПЭНД у отечественныхпереработчиков, а также идущая на экспорт.
Основной метод переработки —экструзия [190]. Полиэтилен ПЭНД 273 применяется для изготовленияэлектротехнических,профильно-погонажныхизделийиизделийобщетехнического назначения. Самой широкой сферой применения данной маркиявляется производство напорных труб и соединительных деталей, а такжеизготовление композиций на основе данной марки (концентраты техническогоуглерода и других наполнителей).Обратим внимание на ПЭ марки 273-83. Данная марка ПЭНД производитсяна основе базовой марки ПЭНД 273 по рецептуре номер 83 с добавлениемтермостабилизатора. ПЭ марки 273-83 имеет повышенную стойкость ктермоокислительному старению при переработке и эксплуатации [180].Изначально этот вид ПЭНД был предназначен для производства выдувныхизделий большой емкости (более 10 литров).
Однако его универсальность17позволяет использовать его и в других секторах потребления: экструзии листа,труб и шлангов. Высокая стойкость к растрескиванию позволяет использоватьданную марку ПЭ для изготовления напорных и канализационных труб.Предприятия"Казаньоргсинтез"и"Ставролен"являютсякрупнейшимипоставщиками этой марки полиэтилена на внутренний рынок [180].ПЭНД является наиболее востребованным на сегодняшний день пластикомобщетехнического назначения с огромным комплексом ценных свойств, и темпыувеличения его производства постоянно растут во многом благодаря тому, что нарынокпостоянновыходятновыемаркиэтогополимерасновымипотребительскими свойствами [80,135,180].1.2. Наномодифицированные композиты на основе полиэтиленаПолимерныенаномодифицированныекомпозитысталипривлекатьпристальное внимание с конца девяностых годов XX века [93,117,194,204].Опубликованобольшоечислолитературных[15,17,18,21,26,28,30,33,35,37,39,53,56,60,62,66,69,118,197]иобзоровмонографий[44,52,57,58,106,125,168,179,182,183,200], посвященных наномодифицированнымкомпозитам.
Такое внимание объясняется уникальными свойствами этихматериалов, которые определяются огромной удельной поверхностью и высокойповерхностной энергией наночастиц. В отличие от микро- и более крупныхчастиц,наночастицыспособствуетнеявляютсязначительномуконцентраторамиповышениюнапряжений.механическихЭтосвойствнаномодифицированных композитов. Так как наночастицы не рассеивают свет изза их малого размера, то прозрачность наномодифицированных композитов посравнению с исходными полимерами не снижается.
При введении в полимерныематериалы различных типов наночастиц даже в достаточно низкой концентрацииполучаютсяматериалы,обладающиезамечательнымихимическимииэлектрофизическими свойства. Все это открывает широкие возможности для18применениянаномодифицированныхкомпозитов[10,71,92,126,129-132,142,144,167, 205,219].1.2.1. Общие принципы создания полимерных композиционных материаловСамый популярный сейчас способ получения полимерных композиционныхматериалов (ПКМ), обладающих повышенными эксплуатационными свойствами это наполнение [103,122,136].
Однако в большинстве случаев введениенаполнителей не оказывает влияния на свойства, либо приводит к снижениюморозостойкости и увеличению хрупкости ПКМ, что особенно характерно длявысоконаполненных пластмасс. Помимо этого, как правило, наполнениезатрудняет формование изделий [202,217,224].В монографии [122] проанализировано влияние химического строенияполимера и природа наполнителя, размеры частиц наполнителя, их форма иконцентрация, распределение частиц наполнителя в полимерной матрице. Этипоказатели являются определяющими и оказывают наибольшее влияние насвойства ПКМ.Приформированиитермопластовикомпозиционныхнаполнителейматериаловопределяетсяихсовместимостьприродой.Вслучаенесовместимости полимера и наполнителя получается композиционный материалс низкой адгезионной связью на границе матрица-наполнитель (при приложениинагрузки матрица отделяется от частиц наполнителя).
Только композиционныйматериал свысокойадгезивнойпрочностью будет обладатьвысокимимеханическими характеристиками [136,145,199,202].Для улучшения совместимости полимера и наполнителя используютсяаппреты. Аппретирование производится путем обработки наполнителей высшимижирными кислотами, сложными эфирами жирных кислот, органосилоксанами ит.д. Эти вещества придают поверхности наполнителей гидрофобность, чтоувеличивает их совместимость с неполярным полимером.19С другой стороны, в работе [122] отмечается, что на прочностькомпозиционных материалов огромное влияние оказывают размер и формачастиц наполнителя.
«Увеличение дисперсности наполнителя приводит к ростуего удельной поверхности, что в свою очередь увеличивает величину работыадгезии на границе раздела фаз. Поэтому считается, что с уменьшением размерачастиц дисперсной фазы, прочность наполненных полимеров возрастает». В своюочередь, при отклонении формы частиц наполнителя от сферической отмечаетсяснижение механических свойств композиционных материалов. Особое местозанимают волокнистые наполнители, которые армируют композит за счетсобственной прочности.
Однако ПКМ на основе минеральных и органическихволокон отличаются значительной анизотропией свойств [121].Не меньшее значение имеет максимально равномерное распределениенаполнителя по объему матрицы. Для обеспечения равномерного распределениянаполнителя часто прибегают к введению различных модификаторов илубрикантов [74].Решающуюрольиграетконцентрациянаполнителя.Содержаниенаполнителей (дисперсных и армирующих) в полимерном композите должнобыть подобрано так, чтобы с одной стороны учитывалась возможностьпереработки материала, а с другой стороны учитывалось его влияние наэксплуатационные свойства материала.Правильныйвыборнаполнителяопределяетулучшениефизико-механических, электрических и других характеристик изделий из наполненныхполиолефинов, так как эти свойства в значительной мере определяются природойнаполнителя и его содержанием [51,91,122,127,201,221].1.2.2.
Функциональные наполнители для полиэтиленаНаполнители — это неорганические и органические вещества, которыевводятсявтермо-иреактопластыдлянаправленногоизмененияих20технологических и эксплуатационных свойств. Ассортимент наполнителей длясоздания ПКМ с каждым годом увеличивается, т.к. значительно расширяетсяобласть применения пластмасс [95,136,201,222].Наиболее распространенными являются твердые наполнители. По составуэто могут быть металлические, керамические, органические и минеральныенаполнители.
В свою очередь, представлены они могут быть в видемелкодисперсных порошков или как волокнистые материалы.Также наполнители разделяют на инертные (не изменяющие свойствполимеров) и активные (упрочняющие). Это зависит от характера взаимодействиянаполнителя и полимера. Инертные наполнители используются в тех случаях,когда нужно снизить стоимость композиционного материала, если при этомдопустимо некоторое ухудшение свойств. К ним относятся барит, доломит,природный мел, мрамор. При помощи активных наполнителей решаются задачипо разработке ПКМ со специальными свойствами: повышенной теплостойкостью,электропроводностью, прочностью и долговечностью, создание негорючих илегко перерабатываемых материалов [136,201].Наибольшее распространение в качестве наполнителей для полиэтиленаполучили мелкодисперсные и волокнистые минеральные наполнители, такие какмел, сажа, каолин, цеолит, базальт, стеклянные и углеродные волокна и др.[192]Использование дисперсных наполнителей позволяет улучшить физикомеханические характеристики КМ, повысить модуль упругости, уменьшитьусадку, не ухудшая при этом прочностных показателей.
В работе [111] описановлияние базальтового наполнителя в композиции на основе ПЭНД. Введениебазальта повышает ударную вязкость композиции в 2 раза по сравнению сисходным полиэтиленом, причем данная зависимость имеет экстремальныйхарактер — введение более 40 массовых частей наполнителя являетсянецелесообразным.Наиболеепопулярнымнаполнителемдляполиэтиленаявляетсятехнический углерод или сажа. Полиэтилен, не содержащий стабилизирующихдобавок, достаточно быстро деструктирует под действием света в обычных21погодных условиях, а наилучшим абсорбером ультрафиолета является сажа [213].В работе [139] доказано, что повышение стабильности полиэтилена достигаетсяпри дозировке сажи 2,0-2,5%, а дальнейшее повышение концентрации неприводит к усилению ингибирующего эффекта.Введение сажи и технического углерода в полиэтилен, во-первых, снижаетсебестоимость изделий, во-вторых, увеличивает их стабильность, в-третьих,придает им электрическую проводимость.
Стоит заметить, что электрическаяпроводимость имеет место при степени наполнения техническим углеродом 1015%. При данной концентрации сажи в полиэтилене также наблюдаетсяповышение антистатических свойств и повышенная стойкость к действиюбензина [140,173].Внекоторыхслучаяхиспользованиедисперсныхнаполнителейсущественно снижает прочностные характеристики наполненных полиолефинов.Длясозданиякомпозиционныхматериалов,пригодныхдлядлительнойэксплуатации в напряженных условиях, используют армирование полимерныхматериалов волокнистыминаполнителями.Так,высокимипрочностнымихарактеристиками отличаются композиционные материалы на основе ПЭ,наполненного коротким стекловолокном.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
