CC BY
102
УДК 541.64:678
И. Ф. Ахметшин, И. А. Каримов, Р. М. Гумеров
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРЫ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА НА ЕГО ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Ключевые слова: полиэтилентерефталат, выдувное формование, кристалличность.
В настоящей работе исследованы физико-механические свойства кег на основе полиэтилентерефталата с разными структурными характеристиками. Установлено, что кристаллизация при формовании приводит к значительной анизотропии свойств, что ухудшает прочностные свойства ПЭТ бутылок в поперечном направлении и увеличивает вдоль направления формования. Показано, что образцы с недостаточно высоким нагревом внутренней части преформ обладают менее высокими деформационно-прочностными свойствами по сравнению с образцами с оптимальным нагревом.
Keywords: polyethylene terephthalate, blow molding, the crystallinity.
In the present work we have researched the physico-mechanical properties of the keg on the basis ofpolyethylene with different structural characteristics. It is established that crystallization during molding leads to a considerable anisotropy of properties, which deteriorates the strength properties of PET bottles in the transverse direction and increases along the direction of molding. It is shown that samples with not enough high heat of the inner part of the preform have less higher deformation-strength properties in comparison with samples with optimum heating.
Введение
В мире с каждым годом наблюдается рост производства пластмассовых изделий. Ежегодное производство пластмасс увеличивается на 5-6% и к 2020 году достигнет 250 млн. тонн. Среди пластмасс наиболее быстро развивающимся и широко используемым является полиэтилентерефталат (ПЭТ). В сегодняшнее время полиэтилентерефталат широко применяется при изготовлении ПЭТ-тар [1,2]. Благодаря его высоким эксплуатационным свойствам ПЭТ является практически идеальным материалом при производстве ПЭТ-бутылок. Полиэтилентерефталат является безвредным и с экологической точки зрения, он не выделяет токсичные вещества, которые имеют способность проникать в продукты во время хранения. По последним данным ежегодное изготовление ПЭТ бутылок стало больше 100 млрд. штук [3,4].
Не смотря на широкое распространение ПЭТ-бутылок остается не мало вопросов связанных с влиянием качества изделий на его прочностные свойства [5]. Особенно это актуально когда речь идет о бутылках большого объема, например бутылки объемом 30 литров.
В данной работе были исследованы физико-механические характеристики образцов полученных из ПЭТ-кег с различной структурой.
Экспериментальная часть
В качестве объекта исследований были выбраны ПЭТ-кеги объемом 30 литров, полученные на основе преформ из полиэтилентерефталата производства завода ЗАО «Сенеж» марки РОСПЭТ-ВВ, соответствующий ТУ 2226-002-56475614-2015. Основные характеристики полиэтилентерефталата приведены в таб. 1.
Таблица 1 - Основные характеристики полиэтилентерефталата марки РОСПЭТ-ВВ
Наименование показателя Значение
Вязкость характеристическая, дл/г 0,9
Цветность L 82,5
Цветность Ь -1,4
Цветность а -1,5
Карбоксильные концевые группы, ммоль/кг 20,6
Масса, г/100 шт. 1,58
Массовая доля ацетальдегида, млнА(-1) 0,28
Содержание диэлтиленгликоля,% 1,21
Массовая доля влаги,% 0,012
Степень кристалличности,% 50
Температура плавления, °С 248,2
Кеги для исследований были получены из 400 граммовых преформ, на Казанском заводе ООО «Европласт», изготавливаемые согласно ТУ 2297002-59320311-2016. Для исследований были выбраны три вида ПЭТ-кег с различными структурными характеристиками: хорошего качества, с более высокой степенью кристалличности и полученные вследствие недостаточного нагрева внутренней части преформ при инжекционно-выдувном формовании. Для определения физико-механических свойств из стенок ПЭТ-кег в поперечном и в продольном направлении, специальным ножом, были вырезаны и подготовлены образцы для испытаний согласно ГОСТ 11262-80. Исследования физико-механических свойств образцов были проведены в лаборатории кафедры ТСК ФГБОУ ВО «КНИТУ». Испытания проводились на машине Inspect Mini со скоростью теста 100 мм/мин и нагрузкой ячейки 3000Н, согласно ГОСТ 14236-81.
Результаты и их обсуждение
Производство ПЭТ-кег на заводе ООО «Европласт» проходит в две стадии: на первой стадии, методом литья под давлением, получают преформу, на второй стадии из данной формы, методом инжекционно-выдувного формования, получают ПЭТ-кеги. В процессе производства ПЭТ-кег, а именно на стадии инжекционно-выдувного формования возможно нарушение технологического процесса обусловленного отклонением
температурного режима, вследствие чего возникает отклонение в температуре нагрева преформ от оптимального для данного изделия. Это в свою очередь ведет к повышению степени кристаллизации образцов или приводит к выдувному формованию преформ с недостаточным нагревом внутренней стенки [6].
Для исследований были выбраны три вида ПЭТ-кег: хорошего качества (рис.1а) - полученные при оптимальных температурных параметрах предварительного нагрева преформ, с более высокой степенью кристалличности (рис.1б) - при высоких температурных параметрах предварительного нагрева и полученный вследствие недостаточного нагрева внутренней части преформ (рис.1в) - при низких температурных параметрах. Пэт-кеги полученные при высоких температурных параметрах имеют белый цвет (рис. 1б), что связано с увеличением кристалличности преформ. Недостаточный нагрев преформ введет к появлению белесости внутренней части кеги, что связано с разрывом макромолекул на внутренней поверхности бутылки при растяжении, вследствие выдувного формования, обусловленного недостаточной подвижности макромолекул из-за низких температур (рис. 1в).
Рис. 1а - ПЭТ-кега хорошего качества
Одними из важных параметров характеризующих физико-механические свойства образцов являются напряжение при растяжении, относительное удлинение и модуль упругости [6].
Изменение напряжения при растяжении, относительного удлинения и модуля упругости в зависимости от исследуемых образцов приведены в таблице 2.
Рис. 1б - ПЭТ-кэга с большей кристалличности
степенью
Рис. 1в - ПЭТ-кега полученный вследствие недостаточного нагрева внутренней части преформ
Таблица 2 Зависимость разрушающего напряжения, относительного удлинения и модуля упругости образцов ПЭТ-кег полученных вследствие отклонения от оптимального технологического режима переработки
5р, МПа е, % Е, МПа
Виды образцов вдоль поперек вдоль поперек вдоль поперек
Хорошего качества 156 157 70 57 195 1238
С большей
степенью кристалли 200 127 76 153 624 1192
чности
С
недостаточ ным 145 144 47 53 249 1432
нагревом
Исходя из проведенных испытаний, было установлено, что значения разрушающего напряжения вдоль и в поперечном направлении формования для нормальных образцов на 10% выше, чем у образцов с недостаточным нагревом внутренних стенок преформ. Значения разрушающего напряжения вдоль формования и в
поперечном направлении для кристаллизованных образцов отличаются значительно, т.е. изделие обладает анизотропией прочностных свойств. Прочность образцов с повышенной степенью кристалличности в поперечном направлении на 20% ниже, по сравнению с прочностными характеристиками остальных образцов. При увеличении давления в бутылке, выше напряжения необратимого растяжения, деформация стенок кег начинается с наиболее слабого места, и продолжается пока материал не достигнет максимального удлинения, после чего происходит разрушение изделия, чем объясняется более плохие прочностные свойства ПЭТ-кег с большей степенью кристаллизации.
Относительное удлинение образцов с недостаточным нагревом на 10% ниже относительного удлинения образцов хорошего качества, а образцы с повышенной степенью кристалличности так же обладают значительной анизотропией деформационных свойств, причем относительное удлинение значительно меньше вдоль направления формования (табл. 2).
Более высокие значения модуля упругости образцов с большей степенью кристалличности вдоль направления формования, объясняются увеличением степени кристалличности материала. В целом модуль упругости в поперечном направлении значительно превышает показатели вдоль направления формования. Наименьший показатель модуля упругости имеют образцы хорошего качества вдоль направления формования (табл. 2).
Заключение
Таким образом, в работе исследованы физико-механические свойства ПЭТ-кег отличающиеся по структуре, что обусловлено изменениями
температурного режима их переработки. По результатам проведенных испытаний было установлено: кристаллизация материала преформ вследствие высоких температур, при формовании, приводит к анизотропии свойств, что значительно ухудшает физико-механические свойства ПЭТ-кег. Образцы с недостаточным нагревом внутренних стенок преформ при формовании обладают менее высокими прочностными свойствами по сравнению с образцами хорошего качества. Модуль упругости вдоль направления формования ПЭТ-кег значительно выше у образцов с более высокой степенью кристаллизации.
Литература
1. Джайлз Д., Брукс Д., Сабсай О.Ю. Производство упаковки из ПЭТ. - М. : Профессия, 2006. - 368 с.
2. Глюкова М.К., Могильный М.П. Технология производства бутылок из полимерных материалов на предприятиях пиво-безалкогольной промышленности. // Новые технологии. - 2010.- №2.-С. 23-29.
3. Алакаева З.Т., Микитаев М.А., Хупова М.М., Козуб В.В., Цуров А.Х., Хаширова С.Ю., Борукаев Т.А. Получение стабилизированного полиэтилентерефталата и исследование его свойств. // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 3.;
4. Сатбаева Н.С., Богачева Т.М., Рахматуллина А.П., Яруллин Р.С. Химическая переработка отходов полиэтилентерефталата. // Вестник Казанского технологического университета. -2015. -№2 .-С.195-197.
5. Кирш И.А., Чалых Т.И., Ананьев В.В., Заиков Г.Е. Регулирование физико-механических свойств вторичного полиэтилентерефталата путем химической и физической модификации.// Вестник Казанского технологического университета. -2015. -№7 .-С.79-82.
6. Власов С.В., Кандырин Л.Б., Кулезнев В.Н. и др. Основы технологии переработки пластмасс - М.: Химия, 2004. - 600 с.
© И. А. Каримов - ассистент кафедры технологии конструкционных материалов КНИТУ, ilnyr.1987@mail.ru; И. Ф. Ахметшин - магистрант кафедры технологии конструкционных материалов КНИТУ, ilgiz20091@mail.ru; Р. М. Гумеров - главный технолог Казанского завода ООО «Европласт», gumerov.ramis@gmail.com.
© I. A. Karimov - assistant of department of technology of constructional materials KNRTU, ilnyr.1987@mail.ru; I F. Akhmetshin -undergraduate of department of technology of constructional materials KNRTU, ilgiz20091@mail.ru; R. M. Gumerov - chief technologist of the Kazan plant LLC "Europlast", gumerov.ramis@gmail.com.
