Development of directed regulation of rheological properties of fire retardant composite materials of ethylene vinyl acetate copolymer Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

УДК 679.7:678:544

Б01: 10.15587/2312-8372.2018.129699

РОЗРОБКА СПРЯМОВАНОГО РЕГУЛЮВАННЯ РЕОЛОГ1ЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ КОМПОЗИЦ1ЙНИХ МАТЕР1АЛ1В КОПОЛ1МЕРА ЕТИЛЕНУ З В1Н1ЛАЦЕТАТОМ ЩО НЕ П1ДТРИМУЮТЬ ГОР1ННЯ

Чулеева О. В.

Об'ектом дослгдження е реологгчнг процеси в'язкого плину полгмерних композицшних матер1ал1в, як\ не тдтримуютъ горгння. Одним з найбшъш проблемних питанъ, що виникаютъ тд час переробки полгмерних композицгйних матергалгв, е тдвищена в'язюстъ, яка потребуе збшъшення напруг зсуву для досягнення заданог швидкостг.

З метою виршення цгеХ проблеми розроблено метод спрямованого регулювання реологгчних характеристик полгмерних композицгй за допомогою введення до Хх складу модифжатора. Вивчено вплив модифжатора на процеси в 'язкого плину композицгйних матергалгв кополгмеру етилену з втшацетатом, якг не тдтримуютъ гортня та наповнювачгв-антипиренгв. В дослгдженнях використовували кополгмер етилену з вгмлацетатом. Вмгст втшацетату складае 18 % та 28 %; ППР 2,5 г/10 хв. та ППР 5 г/10 хв. Модифтатор -амтосилан. Наповнювач1-антипирени:

- триггдрати оксиду алюмтгю з середнгм дгаметром часточок 1,5 мкм та 3,0 мкм;

- диггдрати оксиду магмю з середмм дгаметром часточок 3,0 мкм та 3,7 мкм;

- ггдромагнезит з середнгм дгаметром часточок 1,4 мкм.

Використовуючи метод катлярноХ вгскозиметрИ, визначено наступнг

характеристики: показник плинностг розплаву, напруження зсуву, швидкгстъ зсуву, ефективну в'язшстъ та енерггю активацИ в'язкого плину. Показник плинностг розплаву зменшуетъся у разг використання наповнювачгв-антипиренгв з меншим середнгм дгаметром часточок. Показник плинностI розплаву полгмерноХ композицИ з використанням наповнювачгв-антипиренгв ргзноХ хгмгчноХ природи та дисперсностг тдвищуетъся тд час введення модифгкатора. Для триггдратгв оксиду алюмгмю в 2-8 рази, для диггдратгв оксиду магню в 2,2-3 рази, для ггдромагнезитгв в 2,0-2,2 рази. Напруження зсуву та ефективна в'язшстъ навпаки зменшуетъся тд час введення модифгкатора в полгмерну композицгю.

Отриманг резулътати дозволяютъ тдвищувати продуктивмстъ тд час переробки розроблених матергалгв за рахунок зниження таких показнишв, як в'язюстъ, напруження зсуву, тдвищення показниюв плинностг розплаву та швидкостг зсуву. Це в свою чергу позитивно вплине на зниження енергозатрат та термгну виготовлення кабелъноХ продукцгХ.

Результати будуть корисними nid час розробки рецептур пол1мерних композицш для кабельног продукцИ та спрямованого регулювання технологiчних показниюв nid час гх переробки.

Ключовi слова: композицтш матерiали, коnолiмер етилену з вшлацетатом, наnовнювачi-антиniрени, реологiчнi властивостi.

1. Вступ

Одним з самих крупнотонажних споживачiв електроiзоляцiйних полiмерних MaTepianiB е кабельна промисловють. За останш роки тдвищилися тeхнiчнi вимоги щодо кабельних виpобiв та як сшдство, нeобхiднiсть розробки нових прогресивних мaтepiaлiв, в тому чисni полiмepних композицiйних мaтepianiв, що не шдтримують гоpiння. Пepспeктивнiсть композицiйних мaтepianiв пошолефтв, якi не пiдтpимують гоpiння, е сшдством зростаючого !'х використання та бшьш жорстких вимог з пожежно! безпеки пpоводiв та кaбeniв для енергетично!' гanузi, атомно! енергетики, зашзничного транспорту, будiвництвa тощо. Тобто мaтepiaли iзоnяцil та оболонки мають вщповщати Свропейським стандартам:

- EN 50363-7:2005 Insulating, sheathing and covering materials for low voltage energy cables. Part 7: Halogen-free, thermoplastic insulating compounds;

- EN 50363-5:2005 Insulating, sheathing and covering materials for low voltage energy cables. Part 5: Halogen-free, cross-linked insulating compounds;

- EN 50363-6:2005 Insulating, sheathing and covering materials for low voltage energy cables. Part 6: Halogen-free, cross-linked sheathing compounds.

Переробка полiмepних композицшних мaтepiaлiв, як не шдтримують горшня, викликае дуже велик складношд, що обумовлено великим вмютом нaповнювaчiв-aнтипipeнiв. Реолопчш властивост розплаву полiмepних композицш впливають не тinьки на умови !х переробки, а також на eкспnуaтaцiйнi характеристики [1]. Наприклад, зниження в'язкостi та пiдвишeння швидкост зсуву при пepepобцi призводить до тдвищення молекулярно! оpiентaцil i покращенню мехашчних властивостей [2]. Тому спрямоване регулювання реолопчних властивостей за допомогою введення модифжуючих iнгpeдiентiв, !х залежнють вiд хiмiчного складу та кшькост нaповнювaчiв, а також диспepсностi, е актуальною проблемою.

2. Об'ект дослщження та його технологiчний аудит

Об'ектом до^джень е реолопчш процеси в'язкого плину полiмepних композицшних мaтepiaлiв, як не пiдтpимують гоpiння. З метою забезпечення показниюв нeгоpючостi пошмерно! композицп мають високий ступень наповнення до 60 % мас. Одним з найбшьш проблемних мюць е процес переробки таких композицш Введення нaповнювaчiв в полiмepну матрицю значно знижуе показник пnинностi розплаву поniмepу, шдвищуе ефективну в'язкiсть та напруження зсуву. Для покращення цих показниюв в полiмepну композицiю вводили модифiкaтоp - амшосилан. Використовували поniмepну матрицю - кополiмep етилену з вiнinaцeтaтом. Неоргашчш нaповнювaчi-

антитрени - трипдрат оксиду алюмiнiю, дипдрат оксиду магнiю та гiдромагнезит.

3. Мета та задачi дослiдження

Метою дослгджень е вивчення особливостей спрямованого регулювання реологiчних властивостей композицiйних матерiалiв кополiмерiв етилену з вiнiлацетатом, що не шдтримують горшня в залежност вiд складу наповнювачiв-антипiренiв, !х фракцшного складу та кiлькостi модифiкатора.

Для досягнення поставлено! мети необхщно виконати таю завдання:

1. Дослщити залежнють показника плинностi розплаву полiмерниx композицш вщ ix складу та властивостей iнгредiентiв.

2. Встановити закономiрностi змши швидкостi зсуву вiд напруження зсуву, ефективно! в'язкостi вiд швидкостi зсуву полiмерниx композицiй з рiзними антитренами та впливу на них модифшатора.

3. Встановити закономiрностi змiни енергп активацп в'язкого плину полiмерниx композицш вщ кiлькостi наповнювачiв-антипiренiв та модифжатора.

4. Дослiдження iснуючих р1шень проблеми

До^дження iснуючиx рiшень проблеми демонструе, що одним iз засобiв зниження горючост полiмерниx матерiалiв полiолефiнiв е введення до полiмерноi композицп наповнювачiв-антипiренiв [3]. З цiею метою використовують неорганiчнi наповнювачi-антипiрени. В умовах реально! пожежi ПВХ пластикати, що е елементами кабелiв, якi мають значення К1 до 40 одиниць, е джерелом видшення корозiйноактивниx газiв HCl та значного задимлення. Тому, з метою виршення проблем, що пов'язаш з видшенням HCl та задимленням, було створено кабельш матерiали, як не видiляють корозiйноактивниx газiв та мають значно нижчий рiвень видшення диму [4]. Ц матерiали не тшьки збiльшують вогнестiйкiсть за рахунок поглинання бшьшо! кiлькостi тепла, але й нейтралiзують кислi гази, що призводить до зниження димоутворення. В якост полiмерноi бази цих матерiалiв зазвичай використовують полiолефiни, а в якост антипiренiв - тригiдрати оксиду магнш, дигiдрати оксиду алюмiнiю, пдромагнезити. Даному напрямку присвячуеться значна кшьюсть дослiджень. Вивчались меxанiчнi та вогнестшю властивостi композицiйниx матерiалiв КЕВ та трипдрату оксиду алюмiнiю з рiзним дiаметром часточок, та визначено змшу цих властивостей в залежност вщ дисперсностi наповнювача [5]. Показано ефектившсть використання гiдроксиду кальцiю з метою тдвищення вогнестiйкостi полiетилену середньо! густини [6]. За допомогою методiв TGA/DSC проводились дослiдження полiмерниx композицiй з використанням в якостi антипiрену дюксину магнiю, визначали теплоемнiсть цих матерiалiв [7]. Вивчено синергiчнi ефекти трипдрату оксиду алюмшш та дигiдрату оксиду магнш як антишрешв КЕВ. Ефектившсть використання цих наповнювачiв було доведено, використовуючи методи рентгеноструктурного та калориметричного анаизу, а також визначенням кисневого шдексу [8]. Дослiджено вплив трипдрату оксиду

алюмшш та меламшу борату на вогнестшюсть та видiлення диму композицiй КЕВ. Методами калориметрп, UL-94 та теслв на дим показано ефективнiсть використання трипдрату оксиду алюмiнiю та меламшу борату з метою зниження горючосп полiмерних композицiй [9]. Дослiджували мехашчш властивостi та вогнестiйкiсть методом кисневого шдексу композицiй КЕВ та диоксиду магнш для аналiзу ефективностi Mg(OH)2 [10]. Оцiнювали вплив сумiшi трипдроксиду алюмiнiю та меламiну на вогнезахисш властивостi та видiлення диму КЕВ (вмют вiнiлацетату 60 мас. %, EVA) [11]. Показано вплив наноглини (органоглини та антипирешв (тригiдроксиду алюмшш та пдроксиду магнiю) на вогнестшюсть полiмерноi сумiшi етиленвiнiлацетату (EVA) та полiетилену низькоi густини (LDPE) [12].

Встановлено, що задля забезпечення властивостей композицшних матерiалiв iзоляцii та оболонок кабелiв, що не пiдтримують горшня та кращо! безпеки електричного обладнання та пристроiв, мае бути дуже високий ступень наповнення полiмерноi матриц гiдратами металiв. Це може призвести до втрати гнучкост та низьким мехашчним властивостям. Одночасно виникають проблемами тд час переробки [13]. Тому дослщження впливу модифiкаторiв полiмерних композицш, якi не пiдтримують горiння, на реолопчш властивост е важливою проблемою. Але багато запитань, якi пов'язано зi створенням та переробкою цих матерiалiв, все ще недостатньо вивчеш.

5. Методи дослiджень

Дослiджували кополiмери етилену з вiнiлацетатом (КЕВ), характеристики яких наведено в табл. 1, а також наповнювачьантишрени, в якост яких використовували тригiдрати оксиду алюмшш, дипдрати оксиду магнiю, сумiш магнезиту и пдромагнезиту. Характеристики наповнювачiв-антипiренiв наведено в табл. 2. Модифшатор - аминосилан (N-Q-триметоксисилан) пропилбутиламин). Характеристики приведет в табл. 3.

Експериментальш зразки полiмерних композицiй КЕВ з рiзним вiдсотком наповнювача-антипiрену та модифiкатора в складi кожноi композицп виготовлено вальцевим методом за температури (443±5) K впродовж (7-10) хв. Вальщ мають фрикцiю 1,5.

Таблиця 1

Характеристики кополiмерiв етилену з вiнiлацетатом (КЕВ)_

Показник КЕВ 1 КЕВ 2

Густина, кг/м3 939 951

Показник плинносп розплаву, 2,16 кг, г/10 хв 2,5 5

Вмют вшшацетату, % 18 28

Таблиця 2

Характеристики наповнювач1в-антишрешв_

Показник Al(OH)3 Mg(OH)2 Mg5(COs)4(OH)2-4H2O; Mg3Ca(CO3)4

Зразок № 1 Зразок № 2 Зразок № 3 Зразок № 4 Зразок № 5

Масова доля, %:

- Mg(OH)2 - Al(OH)3 - SiO2 >99,2 <0,05 >99,5 <0,1 >93 <0,05 >93,2 2,2±0,2 98,96 0,67

- Fe2O3 <0,035 <0,03 <0,3 0,12±0,02 0,04

- Na2O <0,6 <0,4 <0,05 - <0,05

- CaO - - - 2,2±0,2 -

Мед1анний д1аметр

часточок, мкм:

- середнш (D50) - макс. (D98) 1.5 3.6 3 18 3 20 3,7 12,5 1,4 8,35

- м1н. (D10) 0,5 1 1 1,1 1,02

Таблиця 3

Характеристики аммосилану_

Показник Значения

Густина, кг/м3, 20 °С 947

Динам1чна в'язкють, мПас, 20 °С 2,5

Температура китння, °С 260

1нгред1енти пол1мерних композицш зважували на вагах з точнютю до 0,001 г та послщовно завантажували на вальщ. Температура робочого валка (443±5) K. Температура холодного валка (438±5) K. Зразки вальцювали 3 хв на зазор1 0,4-0,5 мм. Пот1м зазор корегували до 2 мм. В процес вальцювання перюдично п1др1зали не менше шж 2 рази за хвилину. Останню хвилину вальцювали без шдр1з1в.

Зразки кондицшвали за температури (293±2) K не менше шж 24 години. Дослщження реолопчних властивостей пол1мерних матер1ал1в проводили методом кашлярно1 вюкозиметрп на прилад1 ИИРТ-АМ (Измеритель Индекса Расплава Термопластов) (Украша). Обробку результалв та побудову графтв виконували за допомогою програмного забезпечення Microsoft Office Excel 2007.

Адекватшсть рiвняння регресп проводили перевiркою статистично1 значимост коефщента детермiнацiï R по F-критерш, визначеного за формулою [14]:

R2 n - m -1

р = T—R7 '

де n - юльюсть спостережень; m - кшьюсть факторiв у рiвняннi регресiï.

6. Pe3y^bTaTH goc^ig^eHb

OmHMBanucb peonorinm BnacTHBocTi KEB, akhh Han0BHeH0, HacaMnepeg noKa3HHK nnuHHocri po3nnaBy (111 IP), 3rigHo 3 EN 60811-511:2012. Electric and optical fibre cables - Test methods for non-metallic materials - Part 511: Mechanical tests - Measurement of the melt flow index of polyethylene compounds (IEC 60811511:2012). A TaKo® B',a3KicTb (n) Ta eHepria aKTHBami (E^). -Hk BigoMo, B',a3KicTb po3nnaBy, a TaKo® TeMnepaTypa nnuHHocri (Tn) noniMepiB, 3HanHo 3ane^aTt Big концeнтpaцii HanoBHMBana, uoro cKnagy Ta po3Mipy nacTOHOK [15, 16].

3MiHWBann CKnag HanoBHMBana-aHTHmpeHy b noniMepHux KoMno3umax Big 40 Mac. % go 60 Mac. %. BroHananu, ak 3ane®HTb nnP Big KintKocri HanoBHWBana-aHTHnipeHy 3a TeMnepaTypu 423 K. nocmgoBHi Bigpi3KH

BHTHCHeHoro 3 цнmнgpy KaninapHoro BicKO3HMeTpy MaTepiany noniMepHux

KoMno3Hmu 3Ba^yBanu Ha Barax Mettler Toledo (fflBe^apm) 3 TOHHicTW go 0,0001 r Ta BH3Hananu ix cepegHW Macy. Pi3HH^ Mi®; MaKcuManbHHMu Ta MiHiManbHHMH 3HaneHHflMH He nepeBurnye 5 % Big cepegHtoi Macu. Pe3yntTaTH HaBegeHO Ha puc. 1, 2.

45

tn

x

o

"u;

PC C C

25

T = 423 K

-

№ 5

№ 4

№ 2

№ 3

№ 1

0,2 0,4 0,6 _BMICT Mogu^HKaTopa, C i0

№ 2

y = -1,460x2+ 14,76x-2,46 R2 = 0,979 № 3

y = -1,130x2+ 11,40x-1,94 R2 = 0,979 № 5

y = -0,979x2 + 9,912x -1,68 R2 = 0,980 № 4

y = -0,845x2 + 8,658x-1,18 R2 = 0,972

№ 1

y = -0,878x2 + 8,621x-1,48 08 R2 = 0,969

5

0

PHC. 1. 3ane®HicTb noKa3HHKa nnuHHocri po3nnaBy (111 IP) noniMepHux KoMno3Hmu KEB 1 Big KintKocTi Mogu^iKaTopa (aHTunupeHH 3pa3oK № 1-5)

1G

G,2 G,4 G,6

Вмют мoдификaтopa, С (%

№ 3

y = -3,121x2 + 31,11x-4,7 R2 = G,984 № 2

y = -2,364x2 + 24,19x -3,94 R2 = G,981 № 4

y = -2,215x2 + 22,12x-3,68 R2 = G,975 № 5

y = -1,455x2+ 14,96x-2,54 R2 = G,983 № 1

y = -1,468x2+ 14,3Gx-3,16 G,8 R2 = G,98

Рис. 2. Залежшсть пoкaзникa плиннocтi poзплaвy (ППР) пoлiмеpних кoмпoзицiй КЕВ 2 вiд юль^ст мoдифiкaтopa (aнтипиpени зpaзoк № 1-5)

Pеoлoгiчне пoвoдження пoлiмеpних кoмпoзицiй визначаеться не тiльки темпеpaтypoю та HHP, але й нaпpyженням зсуву, швидюстю зсуву за яких здiйcнюетьcя плин poзплaвy.

Pеoлoгiчнi влacтивocтi пoлiмеpних гамтозицш вивчали за темпеpaтypи 4G3-423 K та навантаженш 21,6 H, 38 H, 50 H, 100 H, 125 H, 216 H.

Викopиcтoвyючи oтpимaнi даш, poзpaхoвyвaли нaпpyження зсуву, швидюсть зсуву та ефективну в'язюсть [17].

Haпpyження зсуву визначали за фopмyлoю:

т = ( Р-Рех )

2-L-п-R

2

де т - нaпpyження зсуву, Ha; Р - тиск, неoбхiдний для забезпечення витpaти чеpез ran^p, дин; Рвх - вхiднi втpaти, дин; R - paAiyc цилiндpy, см; r - paдiyc ran^pa, см; L - дoвжинa ran^py, см.

Швидкicть зсуву визначали за фopмyлoю:

Y =

4 - Q

п- r

1 3

де у - швидюсть зсуву, с- ; Q - витpaтa мaтеpiaлy, см /с (Q=n-R-2-h, де h cтaцioнapнa швидкicть зaнypення пopшню, см/с; R - paAiyc цилiндpy, см); r paAiyc кaпiляpy, см.

Ефективну в'язюсть визначали за фopмyлoю:

Пеф

т

G

де пеф - ефективта в'язкiсть, Ш-с.

Бyдyвaли гpaфiки лoгapифмiчнoï зaлежнoстi нaпpyження зсуву вiд швидкoстi зсуву тa ефективнoï в'язкoстi вiд швидкoстi зсуву. Pезyльтaти нaведенo нa pис. 3-6.

6,5G

6,3G

ев

с

JÏ 6,Ю £

&

M

i 5,9G &

ев

К

5,7G

5,5G

Т = 423 К № 1 № 5 № 2 № 4 № 3

/ / "л; № № 1a 5a k№ 2a

Ш % S № 3a

11 / ж*

--1- -1- —— — rW 1 / —i— --

G,G5 G,35 G,52 G,65 G,75 G,83 Швидкiсть зсуву, lg у (с-1)

№ 1

y = -G,G2x2 + G,2x + 5,86 R2 = 1 № 1a

y = -G,GG8x2 + G,155x + 5,596 R2 = G,999 № 5

y = -G,G1x2 + G,136x + 5,756 R2 = G,997 № 5a

y = -G,GG7x2 + G,14Gx + 5,596 R2 = G,995 № 2

y = -G,GG3x2 + G,G99x + 5,744 R2 = G,999 № 2a

y = -G,GG6x2 + G,135x + 5,546 R2 = G,998 № 4

y = G,GGGx2 + G,G87x + 5,7G2 R2 = G,999 № 4a

y = -G,GG8x2 + G,157x + 5,468 R2 = G,992 № 3

y = -G,GG2x2 + G,G82x + 5,681 G,89 R2 = G,999

№ 3a

y = -G,GG2x2 + G,1G4x + 5,5G3 R2 = G,999

Рис. 3. Зaлежнiсть швидкoстi зсуву вiд нaпpyження зсуву пoлiмеpних кoмпoзицiй нa oснoвi КЕВ 1 тa aнтипиpенiв (Зpaзoк № 1-5) без мoдифiкaтopa i з мoдифiкaтopoм в юль^ст 0,6 % (Зpaзoк № 1a-5a)

6,25

6,15

ев

С

н ад

«

ч о

и

(D &

ев

ta

6,G5

5,95

5,85

5,75

5,65

5,55

№ 1

y = -G,GG6x2 + G,121x + 5,787 R2 = G,999

№ 1а

y = -G,GG4x2 + G,1G4x + 5,643 R2 = G ,996

№ 5

y = -G,G1x2 + G,136x + 5,756 R2 = G,997

№ 5а

y = -G,GG4x2 + G,1G3x + 5,615 R2 = G ,998

№ 4

y = G,GGGx2 + G,G87x + 5,7G2 R2 = G,999

№ 4а

y = -G,GG2x2 + G,G96x + 5,519 R2 = G ,997

№ 2

y = -G,GG3x2 + G,G99x + 5,744 R2 = G,999

№ 2а

y = -G,GG3x2 + G,1GGx + 5,567 R2 = G ,998

№ 3

G,G5 G,35 G,52 G,65 G,75 G,83 G,89 G,95 У = -G,GG2x2 + G,G82x + 5,681

R2 = G,999

CHopocra сдвига, lg y (с-1) № 3а

y = -G,GGGx2 + G,G67x + 5,521 R2 = G,999

№ 4

Т - 423 К № 1 № 5„| № 3 2 \ № 1а

— -L/^ № 5 а

- 1 № 2 № 4а

№ 3 а

- /jf)

/ /

--1— -1- —i— —i— -1- —i— —i—

Рис. 4. Залежшсть швид^ст зсуву вiд напpyження зсуву пoлiмеpних кoмпoзицiй на ocнoвi КЕВ 2 та aнтипиpенiв (Зpaзoк № 1-5) без мoдифiкaтopa i з мoдифiкaтopoм в кiлькocтi 0,6 % (Зpaзoк № 1а-5а)

6,1

5,9

о сё

С

ад 5,7

е

о

•а

5,5

о

-е №

5,3

5,1

0,05 0,35 0,52 0,65 0,75 Швидюстъ зсуву, у (с-1)

0,83

№ 1

у = 0,052х2-0,391х + 6,357 Я2= 0,984 № 1а

у = 0,019х2-0,220х + 5,894 Я2= 0,981 № 5

у = 0,052х2-0,391х + 6,322 Я2= 0,997 № 5а

у = 0,021х2-0,230х + 5,866 Я2 = 0,968 № 2

у = 0,036х2-0,309х + 6,208 Я2= 0,988 № 2а

у = 0,017х2-0,206х + 5,798 Я2= 0,959 № 4

у = 0,029х2-0,252х + 6,074 Я2= 0,981

№ 4а

у = 0,013х2-0,162х + 5,682 Я2= 0,966 № 3

у = 0,019х2-0,203х + 5,974 0,89 Я2 = 0,976

№ 3а

у = 0,013х2-0,168х + 5,633 Я2 = 0,962

Рис. 5. Залежшсть ефективно!' в'язкост в1д швидкост зсуву пол1мерних композицш на основ1 КЕВ 1 та антипирешв (Зразок № 1-5) без модифшатора 1 з модифкатором в ктъкосл 0,6 % (Зразок № 1а-5а)

5,8

о

-е -е

о

се

с

# 5,6 ад

е

о §

«

(О «

ев Я

5,4

5,2

5,0

1' - 423 К

|\

NN

11 \ \

V

1 к ^ Л

Ь 4 №1

II \ ( 1 № 5

\| № 2

V Чо № 4

> № 3

№ 4а 1. <

№ 2а 4

№ 5

№ 1а

№ 3а

№ 1

у = 0,027х2 -0,249х + 6,022

Я2 = 0,991

№ 1а

у = 0,012х2-0,160х + 5,754

Я2 0,966

№ 5

у = 0,030х2 -0,265х + 5,998

Я2 = 0,990

№ 5а

у = 0,013х2 -0,169х + 5,741

Я2 = 0,969

№ 2

у = 0,018х2 -0,193х + 5,887

Я2 = 0,970

№ 2а

у = 0,009х2 -0,137х + 5,645

Я2 0,969

№ 4

у = 0,013х2 -0,146х + 5,763

Я2 = 0,959

№ 4а

у = 0,007х2 -0,115х + 5,551

Я2 = 0,983

№ 3

у = 0,009х2-0,130х + 5,7 Я2 = 0,977

0,05 0,35 0,52 0,65 0,75 0,83 0,89 0,95 Скорость сдвига, ^ у (с-1)

№ 3а

у = 0,008х2-0,12х + 5,501 Я2 = 0,988

Рис. 6. Залежнiсть ефективно! в'язкостi вiд швидкостi зсуву полiмерних композицiй на основi КЕВ 2 та антипирешв (Зразок № 1-5) без модифшатора i з модифкатором в кiлькостi 0,6 % (Зразок № 1а-5а)

З метою ощнювання енергii, яка необхiдна для переходу системи в так званий перехщний стан, тобто коли врiвноваженi руйнування та створення зв'язюв, необхiдно розрахувати енергш активацii.

Енергiю активацii в'язкого плину визначали за формулою [18]:

= Я • 7,77ПР 1п (ППР 1/ 2)

ак Т Т '

де Т - температура вимiрювання, К; ППР1 и ППР2 - показники плинност розплаву за Т1 и Т2, г/10 хв; Я - ушверсальна газова постiйна, Я=8,314 Дж/моль. Результати наведено на рис. 7, 8.

6G

и

cd

M

5G

cd Ч

I §

•S 3 40

и w &

<u M

№

3G

G

Зpaзoк № 5

Зpaзoк № 1

-^

Зpaз

Зpaзoк №

эк № 2

3

G,2 G ,4 G,6

Bмiст мoдификaтopa, С (%

№ 1

y = -G,59x + 56,93 R2 = G,985 № 5

y = -G,64x + 55,74 R2 = G,955 № 2

y = -G,54x + 49,8 R2 = G,963 № 3

y = -G,67x + 38,69 R2 = G,965 № 4

y = -G,68x + 4G,54 G,8 R2 = g,951

Рис. 7. Зaлежнiсть енеpгiï a^^ami' в'язкoгo плину пoлiмеpних кoмпoзицiй m oснoвi KEB 1 i ^^п^ешв (зpaзoк № 1-5) вiд кiлькoстi мoдифiкaтopa

55

и

cd

W

а

cd «

5

Ë cd

.5

f-

6

<u К

№

45

О

^ 35

25

G

Зpaзoк №

1

____jpa зрк № 2 З paзoк № 5

Зп aзoк № 4

--1- t / \ -1- Зpaзoк № —-—i- 3 -1-

0.2 0.4 0.6

Bмiст мoдификaтopa, С(0

№ 1

y = G,788x + 46,49 R2 = G,996 № 5

y = G,638x + 46,GG

R2 = 0,972

№ 2 y = x +38,62

R2 = G,997

№ 3

y = 0,915x + 29,51 R2 = 0,994

№ 4

y = G,799x + 28,12 G.8 R2 = G,99G

Рис. S. Звлежнють енеpгiï aктивaцiï в'язкoгo плину пoлiмеpних кoмпoзицiй нa oснoвi KEB 2 i от^^ешв (зpaзoк № 1-5) вщ кiлькoстi мoдифiкaтopa

Pезyльтaти дoслiджень фис. 7-8) визнaчaють енеpгетичнi бap'epи, яю дoлaються в елементapнoмy aктi плину в зaлежнoстi вiд типу нaпoвнювaчa-aнтипиpенa тa кiлькoстi мoдифiкaтopa.

Як бaчимo з гpaфiкiв (pис. 1, 2), пoкaзники nnP пiд чaс викopистaння KEB 2 вище, шж y pasi викopистaння KEB 1 з меншим вмiстoм вiнiлaцетaтy.

Помине зниження ППР вщбуваеться пiд час використання КЕВ 1, який наповнено будь-яким наповнювачем-антитреном.

Аналiз отриманих результат показуе також значне зниження ППР у раз1 використання тригiдратiв оксиду алюмшш з меншим дiаметром часточок. Така ж залежнiсть спостеркаеться у разi використання дигiдратiв оксиду магнш. Гiдромагнезит займае середне положення мiж зразком № 1 та № 2 трипдрату оксиду алюмiнiю.

ППР значно збшьшуеться при використаннi модiфiкатора для всiх полiмерних композицiй.

З рис. 3 бачимо, що для полiмерних композицiй КЕВ 1 ^rni плину змiщуються догори. При використанш наповнювачiв-антипиренiв з меншим середнiм дiаметром часточок дигiдратiв оксиду алюмiнiю та дипдрапв оксиду магнiю потрiбнi бiльшi напруження для досягнення задано!' швидкост зсуву. Напруження зсуву значно зменшуеться при введеннi в полiмернi композицп модифiкатора.

Розглянемо результати реологiчних дослщжень полiмерних композицiй КЕВ 2 (рис. 4) за однакових значень швидкост зсуву. Найбiльшi напруження зсуву мае композищя 1, до складу яко! входить КЕВ 2 та трипдрат оксиду алюмiнiю (зразок № 1) з меншою дисперснiстю та середшм дiаметром часточок 1,5 мкм. Меншi напруження зсуву мае полiмерна композицп 4, до складу яко! входить КЕВ 2 та дипдрат оксиду магнiю (зразок № 4). ^mi течп при використаннi модифшатора в кiлькостi 0,6 % мас. зсуваються в область менших напружень зсуву (^rni 1а, 2а, 3 а, 4а, 5а).

На графжах залежност ефективно!' в'язкостi вiд швидкостi зсуву (рис. 5, 6) спостеркаеться збшьшення ефективно!' в'язкостi зi зменшенням середнього дiаметру часточок наповнювачiв-антипиренiв. Для полiмерних композицiй з використанням тригiдратiв оксиду алюмшш та гидромагнезилв (композицп, 1, 2, 5) ефективна в'язюсть значно вище, нiж полiмерних композицiй 3, 4, в яких використовували дипдрати оксиду магнiю. Ефективна в'язкiсть знижуеться для всiх полiмерних композицiй при введенш модифiкатора (кривi 1а, 2а, 3а, 4а, 5а).

Найбшьша ефективна в'язюсть спостеркаеться у полiмерних композицш з найменшою дисперснiстю наповнювачiв.

З рис. 7, 8 найменшi значення енергп активацп мають полiмернi композицп з використанням дипдрапв оксиду магнш, бiльшi - з використанням дипдрапв оксиду алюмiнiю та гiдромагнезиту. При цьому значення енергш активацп полiмерних композицiй знижуються зi збiльшенням юлькост модифiкатора.

Таким чином, реологiчнi властивост полiмерних композицiй, якi не тдтримують горiння, залежать вiд показника плинност розплаву полiмерноl матрицi, хiмiчного складу дисперсност гiдратiв оксидiв металiв, пдромагнезилв та модифiкатора.

7. SWOT-аналiз результат дослiджень

Strengths. Отриманi результати дозволяють пiдвищувати продуктивнiсть пiд час переробки розроблених матерiалiв за рахунок зниження таких показниюв, як в'язкiсть, напруження зсуву, шдвищення показникiв плинностi

po3nnaBy Ta mBugKocT 3cyBy. Це b cBoro nepry no3muBHo BnnuHe Ha 3Hu:«:eHHa eHepro3aTpaT Ta TepMiHy BuroTOBneHHa Ka6enbHoi npogyKuii.

Weaknesses. iHrpegieHTu nomMepHux KoMno3uum He BuroTOBnaroTbca b YKpaiHi, Heo6xigHo npoBogmu 3aKyniBnro no iMnopTy.

Opportunities. Pe3ynbTara 6ygyTb KopucHuMu nig nac po3po6Ku peцeптyp nomMepHux K0Mn03Hmn gna Ka6enbHoi npogyKuii Ta cnpaMoBaHoro perynroBaHHa TexHonorinHHx noKa3HuKiB nig nac ix nepepo6Ku.

Threats. Heo6xigHo ocBoeHHa TexHonorinHoro пpoцecy BuroTOBneHHa, HaBnaHHa nepcoHany BegeHHro TexHonorinHoro пpoцecy.

8. Bhchobkh

1. BuaBneHo, rn,o noKa3HuK nnuHHocri po3nnaBy KononiMepy eraneHy 3 Bimna^TaTOM, CKnag Ta gucnepcmcTb TpurigpariB oKcugy anroMmiro, gurigpaTy oKcugy MarHiro, rigpoMarHe3uTiB BnnuBae Ha noKa3HuK nnuHHocri po3nnaBy noniMepHHx KoMno3uum. KononiMep eraneHy 3 BmmaueTaTOM, aKun Mae 6mbmuH noKa3HHK nnHHHocTi po3nnaBy 3a6ecnenye 6rnbmuH noKa3HuK nnuHHocT po3nnaBy HanoBHeHoi noniMepHoi KoMno3uuii gna Bcix HanoBHroBaHiB-amumpemB. TpurigpaT oKCHgy anroMimro Ta gurigpaT oKCHgy MarHiro 3 mchohm cepegHiM po3MipoM nacTOnoK 3Hu:«:aroTb noKa3HHK nnuHHocri po3nnaBy nomMepHux KoMno3uum. 3HanHe nigBurneHHa 111 IP 3a6e3nenyeTbca BBegeHHaM Mogu^iKaTopa. noKa3HHK nnuHHocTi po3nnaBy noniMepHoi кoмnoзнцii 3 BHKopucTaHHaM HanoBHroBaniB-aHTunupeHiB pi3Hoi xiMiHHoi npupogu Ta gucnepcHocT nigBurn,yeTbca nig nac BBegeHHa Mogu^iKaTopa. ^na TpurigpariB oKcugy anroMimro b 2-8 pa3u, gna gurigpariB oKcugy MarHiro b 2,2-3 pa3u, gna rigpo Marae3nriB b 2,0-2,2 pa3u.

2. noKa3aHo rn,o BuKopucTaHHa HanoBHroBaHiB-amumpemB pi3Horo cKnagy Ta gucnepcHocri BnnuBae Ha 3MiHy Hanpy«:eHHa 3cyBy Ta e^eKTuBHoi B'a3KocTi gna gocarHeHHa 3agaHoi mBugKocT 3cyBy. Hanpy«:eHHa 3cyBy Ta e^eKMBHa B'a3KicTb 36inbmyroTbca gna nomMepHux KoMno3uum, go cKnagy aKux BxogaTb HanoBHroBani-aHTunipeHu (1, 4) 3 MeHmuM cepegHiM po3MipoM nacTonoK. Цi noKa3HuKu 3HanHo 3Hu^yroTbca npu BBegeHHi Mogu^iKaropa. Hanpy«:eHHa 3cyBy 3MeHmyeTbca Big 6,04 na go 5,5 na 3a Manux 3HaneHb mBugKocT 3cyBy, Ta Big 6,35 na go 6,12 na 3a BenuKux 3HaneHb mBugKocT 3cyBy. E^eKMBHa B'a3KicTb 3MeHmyeTbca Big 5,94 na c go 5,5 na c 3aManux 3HaneHb mBugKocT 3cyBy Ta Big 5,62 nac go 5,12 nac 3a BenuKux 3HaneHb mBugKocT 3cyBy.

3. BcTaHoBneHo, rn,o KoHueHTpauia HanoBHroBana npaKraHHo He 3MiHroe 3HaneHHa eHeprii aктнвaцii nomMepHux KoMno3uum, b toh nac aK npupoga Ta gucnepcmcTb HanoBHroBaHa-arnunipeHy Mae 3HaHHun nnuB Ha 3MiHy eHeprii aKTuBauii. EHepria aктнвaцii 36inbmyeTbca gna nomMepHux KoMno3uum 3 TpurigpaToM oKcugy anroMmiro, gurigpaTOM oKcugy MarHiro 3 MeHmuM cepegHiM giaMeTpoM nacTonoK. B 3ane®;HocTi Big cKnagy HanoBHroBaHiB-affranipemB eHepria aKTuBauii 36inbmyeTbca b TaKoMy nopagKy 3pa3KiB: 3, 4, 2, 5, 1. OgHonacHo eHepria aKTuBau,ii 3Hu^yeTbca nig nac BBegeHHa Mogu^iKaropa Big 56 K^^Monb go 29 K^^/Monb b 3ane^HocTi Big cKnagy noniMepHoi KoMno3uuii.

TaKHM hhhom, gocmg^eHH^MH n0Ka3aH0 Mo^nuBiCTb cnp^MoBaHoro perynwBaHHa CKnagy noniMepHHx KoMno3Hmu TaKHMH 3aco6aMH, ak BHKopucTaHHfl pi3HHx noniMepHHx MaTpu^, AKiCHoro Ta ^paKmuHoro CKnagy HanoBHWBaniB-aHTHnipemB i BBegeHH^M b noniMepHy KoMno3umro Mogu^iKaTopa.

References

1. Peshkov I. B. Materialy kabel'nogo proizvodstva. Moscow: Mashinostroenie, 2013. 456 p.

2. Chang D. Kh. Reologiya v protsessakh pererabotki polimerov / ed. by Vinogradov G. V., Fridman M. L. Moscow: Khimiya, 1979. 368 p.

3. Tirelli D. Antipireny dlya kompozitov // The Chemical Journal. 2013. No. 1-2. P. 42-45.

4. Obzor mineral'nykh antipirenov-gidroksidov dlya bezgalogennykh kabel'nykh kompozitsiy // Kabel'-news. 2009. No. 8. P. 41-43.

5. Mechanical and fire retardant properties of EVA/clay/ATH nanocomposites - Effect of particle size and surface treatment of ATH filler / Cardenas M. A. et al. // Polymer Degradation and Stability. 2008. Vol. 93, No. 11. P. 2032-2037. doi: 10.1016/j. polymde gradstab.2008.02.015

6. Calcium-based hydrated minerals: Promising halogen-free flame retardant and fire resistant additives for polyethylene and ethylene vinyl acetate copolymers / Laoutid F. et al. // Polymer Degradation and Stability. 2013. Vol. 98, No. 9. P. 16171625. doi: 10.1016/j. polymde gradstab.2013.06.020

7. Thermal study of low-grade magnesium hydroxide used as fire retardant and in passive fire protection / Formosa J. et al. // Thermochimica Acta. 2011. Vol. 515, No. 1-2. P. 43-50. doi:10.1016/j.tca.2010.12.018

8. Effect of Amino alcohol functionalized polyethylene as compatibilizer for LDPE/EVA/clay/flame-retardant nanocomposites / Lujan-Acosta R. et al. // Materials Chemistry and Physics. 2014. Vol. 146, No. 3. P. 437-445. doi:10.1016/j.matchemphys.2014.03.050

9. The combination of aluminum trihydroxide (ATH) and melamine borate (MB) as fire retardant additives for elastomeric ethylene vinyl acetate (EVA) / Hoffendahl C. et al. // Polymer Degradation and Stability. 2015. Vol. 115. P. 77-88. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2015.03.001

10. Characterization of poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) filled with low grade magnesium hydroxide / Fernandez A. I. et al. // Polymer Degradation and Stability. 2009. Vol. 94, No. 1. P. 57-60. doi: 10.1016/j. polymde gradstab.2008.10.008

11. Decomposition mechanism of fire retarded ethylene vinyl acetate elastomer (EVA) containing aluminum trihydroxide and melamine / Hoffendahl C. et al. // Polymer Degradation and Stability. 2015. Vol. 113. P. 168-179. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2014.09.016

12. Effects of nanoclay and fire retardants on fire retardancy of a polymer blend of EVA and LDPE / Zhang J. et al. // Fire Safety Journal. 2009. Vol. 44, No. 4. P. 504-513. doi: 10.1016/j.firesaf.2008.10.005

13. Chang M.-K., Hwang S.-S., Liu S.-P. Flame retardancy and thermal stability of ethylene-vinyl acetate copolymer nanocomposites with alumina trihydrate and montmorillonite // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2014. Vol. 20, No. 4. P. 1596-1601. doi: 10.1016/j.jiec.2013.08.004

14. Makarova N. V. Statistika v Excel: handbook. Moscow: Finansy i statistika, 2002. 368 p.

15. Malkin A. Ya., Isaev A. I. Reologiya. Kontseptsii, metody, prilozheniya. Moscow: Professiya, 2007. 560 p.

16. Shakh V. Spravochnoe rukovodstvo po ispytaniyam plastmass i analizu prichin ikh razrusheniya / ed. by Malkin A. Ya. Saint Petersburg: Nauchnye osnovy i tekhnologii, 2009. 732 p.

17. Teplofizicheskie i reologicheskie kharakteristiki polimerov: handbook / ed. by Lipatov Yu. S. Kyiv: Naukova dumka, 1977. 244 p.

18. Mukhin N. M. Opredelenie reologicheskikh i fiziko-mekhanicheskikh svoystv polimernykh materialov: handbook. Ekaterinburg: UGLTU, 2011. 33 p.