CC BY
14
УДК 674.812.2
Сербин С.А., Тиманцев Я.А., Яковлева К.А., Костромина Н.В., Ивашкина В.Н.
ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНЫХ ПОЛИОЛЕФИНОВ
Сербин Сергей Александрович, аспирант кафедры технологии переработки пластмасс; Тиманцев Ярослав Андреевич, студент 1 курса магистратуры кафедры технологии переработки пластмасс; Яковлева Ксения Андреевна, студентка бакалавриата 2 курса кафедры технологии переработки пластмасс; Костромина Наталья Васильевна, к.т.н., доцент, доцент кафедры технологии переработки пластмасс, e-mail: nkostromina@muctr.ru;
Ивашкина Вера Николаевна, ведущий инженер кафедры технологии переработки пластмасс; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Россия, 125047, г. Москва, Миусская пл., д. 9.
Переработка отходов полимерного сырья является наиболее перспективным и активно развивающимся способом утилизации полимерных отходов. Вторичное полимерное сырье может быть использовано в качестве компонента композиционного материала, что значительно сокращает расходы на производство и стоимость полученного материала. В данной статье рассматриваются способы переработки вторичного полимерного сырья в композиционный материал. Разработан способ получения резинопластов с использованием в качестве полимерных матриц смесей вторичных термопластов.
Ключевые слова: резинопласты, модификация, резиновая крошка, вторичные полиолефины, термопласты, физико-механические свойства.
STUDY OF PHYSICO-MECHANICAL PROPERTIES OF POLYMER COMPOSITE MATERIALS OBTAINED ON SECONDARY POLYOLEPHINES
Serbin S.A., Timantsev Ya.A., Yakovleva K.A., Kostromina N.V., Ivachkina V.N. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Processing of waste polymeric raw materials is the most promising and actively developing way of recycling polymer waste. Secondary polymer raw materials can be used as a component of the composite material, which significantly reduces the cost of production and the cost of the material obtained. In this article, methods of processing secondary polymeric raw materials into a composite material are considered. A method has been developed for the production of rubber plastics using mixtures of secondary thermoplastics as polymer matrices.
Keywords: rubber plastics, modification, rubber crumb, secondary polyolefins, thermoplastics, physical and mechanical properties.
Одной из задач технологии полимерных композитов является разработка материалов с заданными свойствами. В настоящее время создан большой ассортимент полимерных материалов на основе полиолефинов с широким диапазоном эксплуатационных свойств. Самыми
крупнотоннажными полимерными отходами являются отходы потребления термопластов, среди которых наибольшую долю составляют полиолефины (полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, полипропилен). Среди отходов, содержащих эластомеры, основная часть приходится на изношенные автомобильные шины, объем переработки которых в настоящее время весьма невелик. Введение наполнителей в полимерную матрицу позволяет не только снизить расход базового полимера, но и получить композиции с желаемыми свойствами [1-3]. Для этой цели могут быть использованы отходы производства, утилизация которых не только экономически эффективна, но и способствует уменьшению загрязнения окружающей среды.
Одним из таких наполнителей являются отходы шинной промышленности - резиновая крошка. Проблема утилизации продуктов переработки автопокрышек приобрела в настоящее время особую актуальность во все мире в связи с резким увеличением количества автомобилей. Шины обладают высокой пожароопасностью, а продукты их неконтролируемого сжигания оказывают вредное влияние на окружающую среду.
Анализ проведённых на кафедре технологии переработки пластмасс работ показывает, что низкая адгезия резиновой крошки из изношенных шин к полиолефинам не позволяет получать высоконаполненные резинопласты с высокими деформационно-прочностными свойствами [4-7]. Изменить межфазное взаимодействие на границе раздела резиновая крошка - полиолефин можно путем введения реакционноспособных
модификаторов. Повышение совместимости компонентов смеси позволяет улучшить прочностные свойства резинопластов.
В качестве реакционноспособных
модификаторов в работе использовали эпоксидировнные полиэфиры, которые вводили в композицию из полиолефинов и резиновой крошки предварительной обработкой резиновой крошки добавками. Содержание резиновой крошки фракции 0,6 мм в полиолефинах варьировали от 20 % до 80 %. Композиции готовили на одношнековом лабораторном экструдере с 2 зонами обогрева цилиндра со следующими характеристиками: диаметр шнека - 32 мм; отношение длины шнека к его диаметру - 12, частота вращения шнека 25 оборотов/мин. В лабораторном экструдере смешивали полиолефины (температура в 1 зоне -140 оС, температура во 2 зоне - 160 оС). Для получения листов толщиной 2 мм прессование проводили на гидропрессе при следующих режимах: давление прессования - 10 МПа; температура прессования - 160 оС, время выдержки под давлением - 10 мин.
Прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве определяли по ГОСТ 1126280. Для определения каждого показателя испытывали по 10-12 образцов. На рисунках 1-3 представлено изменение деформационно-прочностных свойств (ор - прочность при разрыве, ер - относительное удлинение при разрыве, Е -модуль упругости) наполненных вторичных полиолефинов от содержания резиновой крошки. При применении одношнекового экструдера возможно получить смешение компонентов при однократной экструзии смеси, обуславливающее стабильные характеристики материала при введении резиновой крошки в смесевые вторичные полиолефины до 10 масс. %. При дальнейшим содержании резиновой крошки материал становится хрупким и деформационно-прочностные
характеристики резко снижаются.
содержание резиновой крошки, масс. %
Рис. 1. Зависимость разрывной прочности наполненных вторичных полиолефинов от количества резиновой крошки: 1 - один пропуск через экструдер; 2 -два пропуска через экструдер; 3 - три пропуска через экструдер
содержание резиновой крошки, масс. %
Рис. 2. Зависимость относительного удлинения при разрыве наполненных вторичных полиолефинов от количества резиновой крошки: 1 - один пропуск через экструдер; 2 - два пропуска через экструдер; 3 - три пропуска через экструдер
содержание резиновой крошки, масс. %
Рис. 3. Зависимость модуля упругости наполненных вторичных полиолефинов от количества резиновой крошки: 1 - один пропуск через экструдер; 2 - два пропуска через экструдер; 3 - три пропуска через экструдер
На основании проведённого исследования сделаны следующие выводы:
- Разрывная прочность резко падает при повторной переработке резинонаполненных композиционных материалов при введении резинового порошка до 10 %, после чего практически линейно уменьшается с увеличением количества наполнителя.
- Модуль упругости и прочность при разрыве при однократном пропуске композиции через экструдер практически не изменяется для резинонаполненных композиционных материалов, содержащих до 10 масс.% резиновой крошки. При повышенном содержании эластичного наполнителя
в этих композициях наблюдается снижение физико-механических свойств, аналогичное композициям с повторным пропуском через экструдер.
- Установлено, что с увеличением содержания резиновой крошки более 10 масс.% материал становится хрупким и относительное удлинение образцов при разрыве резко снижается.
- Структура полученных в разных режимах переработки резинонаполненных композиционных материалов оказывает влияние на их деформационно-прочностные характеристики.
Таким образом, представленные
резинонаполненнные композиционные материалы на основе вторичных полиолефинов представляют интерес как с точки зрения использования полимерных отходов, так и с точки зрения расширения компонентного ассортимента полимерных композиционных материалов. При этом они могут перерабатываться высокопроизводительными методами: экструзией или литьем под давлением.
Список литературы
1. Комарова Н.Г. Композиционные материалы на основе вторичного полимерного сырья // Аллея науки. - 2017. - Т. 2. - № 16. - С. 209-212.
2. Шубина Н.И., Гиревая Х.Я. Композиционные материалы на основе вторичного полимерного сырья
// Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. - 2013. - Т. 1. - № 71. - С. 282-285.
3. Бодьян Л.А., Варламова И.А., Гиревая Х.Я., Калугина Н.Л., Гиревой Т.А. Исследование композиционных материалов на основе вторичного полимерного сырья // Современные наукоемкие технологии. - 2015. - № 2. - С. 15-18.
4. Хотин Д.В., Костромина Н.В., Осипчик В.С. Регулирование свойств материалов на основе хлорсульфированного полиэтилена // Пластические массы. - 2003. - № 12. - С. 9-11.
5. Калинина Н.К., Осипчик В.С., Костромина Н.В. Способы регулирования свойств материалов на основе хлорсульфированного полиэтилена // Энциклопедия инженера-химика. - 2010. - № 10. -С. 14-17.
6. Сербин С.А., Кутукова Е.К., Костромина Н.В., Ивашкина В.Н., Осипчик В.С., Аристов В.М. Модифицированное резино-битумное связующее для дорожных покрытий // Успехи в химии и химической технологии. - 2017. - Т. 31. -№ 11 (192). - С. 108-110.
7. Калинина Н.К., Костромина Н.В., Осипчик В.С., Кравченко Т.П., Сербин С.А., Сакина А.И. Полимерные модификаторы для гидроизоляционных битумных материалов // Клеи. Герметики, Технологии. - 2017. - № 6. - С. 20-23.
