CC BY
54
смешения компонентов в расплаве в целях максимально возможной гомогенизации структуры получаемого материала и повышения деформационно-прочностных свойств композитов. Изучение технологических свойств разработанных композитов показало, что они могут быть успешно переработаны методом экструзии с использованием современного высокотехнологичного оборудования.
Выводы:
1. Изучены физико-механические и технологические свойства композиционных материалов на основе полимолочной кислоты и полиэтилена (в диапазоне концентраций полиэтилена до 50%).
2. Показана возможность использования термоэластопласта ДСТ в качестве эффективного компатибилизатора в смесях полимолочной кислоты и полиэтилена.
3. Создан биодеградируемый полимерный композит с высоким комплексом эксплуатационных свойств на основе смеси полимолочной кислоты и полиэтилена высокой плотности, который может быть рекомендован для производства одноразовой полимерной тары и упаковки.
УДК 678.5
К.В. Краснов, Н.М. Чалая, B.C. Осипчик
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ И РЕЛАКСАЦИОННЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ И ПОЛИПРОПИЛЕНА,
МОДИФИЦИРОВАННЫХ ОРГАНОГЛИНАМИ
В статье приведены результаты исследования реологических и релаксационных свойств композиционных материалов на основе термоэластопластов и полипропилена, в том числе модифицированных органоглинами и малеинизированным полипропиленом.
The article presents the results of a study of the rheological and relaxation properties of composite materials based on polypropylene and thermoplastic elastomers, including the modified organoclay and maleic anhydride modified polypropylene.
Композиционные материалы на основе термоэластопластов и полипропиленов с определёнными наполнителями для придания прочности и жесткости изделиям широко применяются для производства изделий для автомобильной, электротехнической, строительной, медицинской и обувной промышленности.
Однако, в большинстве случаев, вопросы улучшения эксплуатационных и технологических свойств таких композиционных материалов остаются актуальными для широкого круга изделий из них.
Значительный интерес у исследователей и производителей полимерных изделий вызывает модификация композиций
нанонаполнителями, в частности, слоистыми силикатными глинами, из-за их способности улучшать свойства полимерных материалов при сравнительно небольшом уровне наполнения. В работах /1,2/ приводятся данные об увеличении механических свойств композиционного материала на основе ТЭП и полипропилена, в том числе малеинизированного, модифицированного наноглинами вследствие изменения морфологии полученной системы. При этом отмечается, что определяющее значение имеет способ приготовления композиционного материала
Исследование реологических свойств необходимо для выбора режимов переработки полимеров в изделия и, кроме этого, результаты этих исследований дают информацию о структуре полимеров в расплаве. Релаксационные процессы также имеют большое практическое значение, так как в условиях эксплуатации изделия из полимерной композиции подвергаются различным деформациям.
В связи с этим, целью данной работы является изучение реологических и релаксационных свойств композиционных материалов на основе термоэластопластов и полипропилена, в том числе модифицированных органоглинами и малеинизированным полипропиленом.
В качестве объектов исследования служили: стирол-этилен-бутилен-стирольный сополимер (СЭБС), органобентонит, индустриальное масло И-40, малеинизированный полипропилен (Полибонд 3200), карбонат кальция (мел). Состав композиций представлен в таблице 1.
Для улучшения переработки и хорошего распределения модификаторов, композиция прошла несколько стадий приготовления. Предварительно была приготовлена паста «органобентонит в масле»: органобентонит смешивали с индустриальным маслом И-40 в пропорции 1/5. После длительной выдержки произошло расслоение суспензии: в верхней части - масло, в нижней - паста органобентонита. Затем паста органобентонита с маслом смешивалась с малеинизированным полипропиленом Ро1уЬопё 3200. После этого добавлялись остальные компоненты композиции (наполненный индустриальным маслом СЭБС, мел).
Композиции были получены на двухшнековом экструдере. Образцы для испытаний отливались на термопластавтомате.
Релаксационные кривые снимали на универсальной испытательной машине ШТАЬ 7000 Б.
Реологические испытания проводили на безроторном реометре ИвТ 2000 при температуре 160 °С.
Табл.1. Состав композиции
Композиция 1 2 (+1% орг) 3 (+3% орг) 4 (+5% орг)
Состав композиции
части % части % части % части %
СЭБС 100 28,5 100 28,5 100 28,5 100 28,5
Масло И-40 110 31,4 110 31,4 110 31,4 110 31,4
Мел 100 28,5 97 27,5 91 25,5 85 23,5
Паста ОРГБент 0 0 3 1 9 3 15 5
Полибонд 3200 40 11,3 40 11,3 40 11,3 40 11,3
Табл.2. Физико-механические характеристики и значения релаксации композиций
Композиция 1 2 (+1% орг) 3 (+3% орг) 4 (+5% орг)
ПТР, г/10мин 0,01 0,15 0,21 0,23
Прочность при 5,2 5,2 5,0 4,85
растяжении, МПа
Относительное 380 450 460 480
удлинение, %
Твердость по Шору А, ед. 71,5 69 67,5 67
Плотность, г/см3 1,099 1,094 1,083 1,077
Релаксация 37 38 38 40
100 сек, %
Физико-механические характеристики и значения релаксации композиций представлены в табл. 2, из которой видно, что прочность при растяжении образцов из композиции 2 и 3 практически не изменяется за исключением композиции 4. В тоже времядеформационные свойства композиций 2 - 4увеличиваются с введением органобентонита на 18 - 26 %. Вероятно, наличие в составе композиции органобентонита, малеинизированного ПП и СЭБС приводит к изменению характера межмолекулярного и межфазного взаимодействия за счёт повышения сегментальной подвижности макромолекул.
Результаты испытаний релаксационных свойств композиций 1 -4представлены в таблице 2 и нарис. 1. Как видно из данных табл.1 и рис. 1, скорость релаксации модифицированных композиций 2 - 4выше по сравнению с исходной композицией 1. Вероятно, увеличение скорости релаксации образцов модифицированных органобентонитом связано с тем, что модификаторы локализуются в межмолекулярной области полимеров испособствуют росту подвижности проходных цепей макромолекул в неупорядоченных зонах, а также повышению общей подвижности элементов надмолекулярных структур.
ООО МР»
М
600 400 200 ООО 800 <500 1
ч
1
* * *" --~ -'—Г —.—. I
Рис. 1 Релаксационные кривые композиций 1-4.
Результаты испытаний реологических свойствпредставлены на рис. 2 -4. Как видно из представленных графиков максимальная вязкость 8"тах, и
максимальное давление вызванное закрытием формы реометра Ртах, в композициях с ростом содержания органобентонита уменьшается. В тоже время ПТР модифицированных композиций увеличиваетсяс ростом содержания органобентонита в композиции. Необходимо отметить, что обработка наноглин смазывающими агентами определяет тенденцию к снижению вязкости. Это происходит из-за ослабления межчастичных сил и снижения стремления к флокуляции. Полимерные молекулымогут проскальзывать между обработанными частицами наполнителя, испытывая меньшее функциональное сопротивление. Эти данные свидетельствуют, по-видимому, также об увеличении подвижности молекулярных цепей и сегментов макромолекул в модифицированных композициях.
1 :
1
г ..........1.........1.......... ..........|..........;..........
Л".......;.......... ..........г.........1.......... .......... ......... ..........;..........;..........
V1 1 1 1
V Л.' 1 1 1
0ТГ7,4;3......... ..........;.........:.......... : :
.......... ..........Г..........
1
Рис. 2. Реологические кривые изменения давления от времени композиций 1-4
1 1 : ; :
; : Г Т Г
: .......... : : : : :
| ..........1.......... ..........;.........;..........;..........;.........
1 и |
.......... .......... 1 ..........!.........:..........;..........:.........
:
1К ! ^ 1 ! \ \
: ...-------;---------- ..........;.........;..........;..........;......... __________!._________\__________:____________________
:
Рис. 3. Кривые изменения вязкости (8") во времени композиций 1-4
Таким образом, результаты исследований показали, что:
- деформационные свойства модифицированных органобентонитом композиций на основе СЭБС и малеинизированного ПП увеличиваются, что позволит улучшить качество изделий из композиционного материала,
- скорость релаксации модифицированных органобентонитом образцов увеличивается по сравнению с исходной композицией. Повышение скорости протекания релаксационных процессов композиций позволит снизить величину внутренних напряжений в изделиях из них, а также проводить процессы переработки при более высоких скоростях или меньших температурах при сохранении оптимальных значений внутренних напряжений в изделиях.
Анализ реологических кривых композиций выявил уменьшение максимальной вязкости расплава и максимального давления, вызванного
закрытием формы реометрас введением органобентонита в композицию. Улучшение реологических характеристик позволит снизить энергетические затраты на производство изделий из модифицированных композиций.
Библиографические ссылки
1. TPO based nanocomposites. Part 1. Morphology and mechanical properties./ Lee HS, Fasulo PD, Rodgers WR, Paul DR. Polymer 2005; 46. 11689 P.P.
2. Deformation Behavior of Polymer-Layered Silicate Nanocomposites /Hong R. Y.- CITY UNIVERSITY OF HONG KONG - November 2008. 163 P.P.
3. Lai S.-M., Wen-Chih Chen, Chen C. M. Preparation, structure, and properties of styrene-ethylene-butylenestyrene block copolymer/clay nanocomposites: Part II fracture behaviors // European Polymer Journal. Volume 44. Issue 11. November 2008. 3547 P.P.
УДК 661.6 + 668.1
Д.А. Лизунов, Ю.А. Черненко, ДА. Скакун, Ю.В. Олихова, B.C. Осипчик
Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, Москва, Россия
РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕПЛАСТИКОВ
В работе изучено влияние различных модификаторов и параметров переработки на технологические процессы получения эпоксиуглепластиков.
Influence of various modifiers and parameters of technological processes of carbon fiber-reinforced epoxy plastics production have been studied.
Развитие современной техники обуславливает необходимость создания новых материалов, способных надежно работать в экстремальных условиях. К подобным материалам относятся углепластики - композиционные материалы на основе углеродных волокнистых материалов и полимерных матриц.
В настоящее время при создании армированных материалов наиболее широко применяются эпоксидные олигомеры. Армированные композиционные материалы на основе эпоксидных олигомеров обладают хорошей адгезией к углеродным волокнам, высокими деформационно-прочностными характеристиками, теплостойкостью, низкой усадкой и другими ценными свойствами.
Вместе с тем, применение армированных материалов ограничивается отсутствием эффективных связующих с комплексом необходимых деформационно-прочностных и технологических характеристик, отсутствием эффективных методов регулирования их структуры и свойств.
Целью работы являлась разработка армированных материалов с улучшенными и регулируемыми свойствами на основе эпоксидных олигомеров.
Работу проводили в следующих направлениях:
