CC BY
19
©
Абдуллин М.И., Глазырин А.Б., Басыров А.А., Николаев А.В., Николаева А.А.
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ АБС КОМПОЗИЦИИ
Аннотация
Показана возможность применения порошков различных металлов в качестве наполнителей для полимерной композиции на основе АБС. Изучены реологические и электропроводящие свойства полученных композиций на основе АБС, наполненных мелкодисперсными порошками металлов: алюминия, свинца и меди. Определены наиболее подходящие по технологическим характеристикам объемные доли порошков металлических наполнителей в полимерных композициях для переработки с помощью ЗБ-печати.
Ключевые слова: АБС, металлонаполнители: алюминий марки ПАД-4, медь марки А-2, свинец марки ПС 1 , ЭБ-печать.
Акрилонитрил бутадиен стирол (АБС-пластик) обладает высокими физико-механическими свойствами, находит самое широкое применение в автомобильной промышленности, производстве бытовых приборов, канцелярии, изготовлении детских игрушек, медицинском оборудовании. Благодаря долговечности, прочности материала, использование его в технологии ЭБ-печати является перспективным направлением и позволяет создавать различные ЭБ-модели и прототипы [1,2].
Целью данной работы являлось получение полимерных материалов на основе АБС, наполненного различными порошками металлов, и изучение их реологических и электрических характеристик.
При этом решались следующие задачи:
Получение полимерных композиций на основе АБС, наполненного порошками меди, алюминия и свинца.
Определение полимерных композиций с показателями текучести расплава от 2 г/10
мин.
Изучение электрических свойств полученных полимерных материалов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Исходные вещества и реактивы: сополимер акрилонитрил бутадиен стирола марки 0809М (АБС), алюминий марки ПАД-4, медь марки А-2, свинец марки ПС 1 .
Композиции на основе АБС-сополимера готовили путем смешения в металлическом цилиндре в течение 5 мин при скорости перемешивания 440 мин-1.
Получаемые порошкообразные композиции гранулировали на лабораторном одношнековом экструдере при температуре 190-220°С с последующим дроблением экструдата. Характеристики шнека экструдера: Б/Ь=15 см, глубина витка 16,5 мм , ширина гребня 20 мм.
Реологические свойства полимеров изучали методом капиллярной вискозиметрии на приборе ИИРТ в интервале температур 200-23 00С при нагрузке 49Н. Показатель текучести расплава ПТР (г/10мин) вычисляли по формуле :
ПТР= 600*шЛ (1)
где т - масса расчётного отрезка экструдированного полимера, г;
X - время истечения полимера, с.
Измерение электрических свойств полимерной композиции проводили на цилиндрических образцах длиной 10мм и диаметром Эмм контактным способом. Расчет удельной электропроводности проводили по формуле:
Р= -1— (2)
© Абдуллин М.И., Глазырин А.Б., Басыров А.А., Николаев А.В., Николаева А.А., 2016 г.
где: р - удельное сопротивление, Ом*м Я - сопротивление образца, Ом г - радиус образца, см 1 - длина образца, см
Логарифм удельной электропроводности (а) рассчитывается по формуле:
^ = ^ (3)
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Введение металлических наполнителей в состав полимеров изменяет весь комплекс их технологических и физико-механических свойств: существенно повышает электропроводность полимерных композиций, но влияет на вязкость расплавов [3].
Металлические наполнители при введении их в полимерную матрицу значительно снижают электрическое сопротивление композиционного материала по сравнению с сопротивлением исходного полимера. В связи с этим изучены электрические свойства полученных композиций (рис. 1).
Материал считается проводником в пределах 1§(б) - логарифма электропроводности от -3 до 2.
Наполнитель об,%
Рис. 1. Зависимость электропроводности металлонаполненных полимерных композиций от природы наполнителя: 1 - свинец; 2- медь; 3 - алюминий
На основе экспериментальных данных установлено, что рассмотренные металлонаполнители полимерной композиции АБС являются проводниками.
Установлено, что введение металлического наполнителя в состав полимерной композиции приводит к резкому увеличению электропроводности (рис. 1.). Причем зависимость электропроводности от содержания наполнителя имеет обратный Б характер.
На основе экспериментальных данных установлено, что электропроводность композиций, наполненных металлическими наполнителями, не зависит от природы наполнителя (рис. 1). Так полимерные композиты на основе АБС наполненные алюминием, медью и свинцом демонстрируют практически близкие значения электропроводности при одинаковом содержании наполнителя.
Так при увеличении содержании металонаполнителя в составе полимерной композиции от 0 до 70об.% логарифм электропроводности 1§(б) полимерного материала увеличивается от 2 до -2. Причем целевое значение электроводности менее 2 достигается при степени наполнения ниже 30об.%.
Одним из важнейших параметров предопределяющих возможность применения полимерных композиций в 3Б-печати является ПТР - показатель текучести расплава. Наиболее оптимальными для применения в 3Б- печати является ПТР от 0,5 г/10мин, что и является в данном случае целевым значением текучести. Экспериментальные данные свидетельствуют: АБС марки 0809М проявляет заметную текучесть при температуре выше 2Э0°С, тогда как при температуре ниже 2Э0°С наполненные полимерные композиции практически не обладают текучестью. Следует отметить, что текучесть полимерных композиций на основе АБС и порошков свинца, меди и алюминия практически одинаковы и сохраняется при введении до 50 об.% наполнителя. Однако, композиции, наполненные порошком меди сохраняют текучесть по сравнению с композициями, наполненными порошком свинца. (рис. 2). При этом целевое значение текучести 0,5 г/10мин металлонаполненные полимерные композиции демонстрируют при содержании наполнителя до 35 об.%.
§ 5 -о
"й
4 -3 -2 -1 -0 -
0 10 20 30 40 50 60 70
Наполнитель об., %
Рис. 2. Зависимость ПТР металлонаполненных полимерных композиций от природы наполнителя: 1- свинец; 2- медь; 3 — алюминий (49^ 230°0)
Следует отметить, что текучесть полимерных композиций на основе АБС и порошков свинца, меди и алюминия сохраняется при введении до 50 об.%, При введении наполнителя более 50 об.% наблюдается полная потеря текучести полимерной композиции.
Таким образом, показана возможность получения металлонаполненных полимерных композиций на основе АБС и порошков свинца, меди и алюминия с целевым значением текучести расплава выше 0,5 г/10 мин с содержанием наполнителей от 10 до 35об.%. Показано что целевые значения электропроводности и текучести полимерной композиции могут быть достигнуты в узком интервале содержания наполнителя от 30 до 35об.%.
Выводы
1. Показана возможность получения металлонаполненных композиций на основе АБС с содержанием наполнителя от 10 до 70 об.%.
2. Установлено что целевое значение электропроводности полимерной композиции для ЭБ печати достигается при степени наполнения от 30об.%.
3. Показатель текучести расплава полимерной композиции, выше 0,5г/10мин, включающих металлонаполнитель может быть достигнута, при переработки полученных композиции составляет от содержании наполнителя до 35об.%. При этом рекомендуемая температура переработки 230 0С.
Литература
1. Абдуллин М.И., Басыров А.А., Николаев С.Н. Колтаев Н.В., Кокшарова Ю.А. Определение условий 3Б-печати АБС-пластиком //Отраслевой журнал European Reviews of Chemical Research, 2014, Vol. 1, № 1 .с. 4-9.
2. Абдуллин М.И., Басыров А.А., Николаев С.Н., Гадеев А.С., Николаев А.В., Кокшарова Ю.А. Реологические свойства расплавов смесей АБС-пластика с техническими углеродами марок П805 и П803Э и Printex XE-2B// Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук, 2014, Москва, № 4, с. 25-30
3. Абдуллин М.И., Басыров А.А. и др. Сравнение электропроводности токопроводящих полимерных композиций, наполненных техническим углеродом и углеродными волокнами // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. - 2014. - Т.11. - С. 16-21.
4. Коваленко Н.А., Сыроватская И.К. Влияние технологии переработки дисперсных систем на стабильность электрических свойств композиций / Материалы науч.конф. «Коллоидная химия и физ.-хим. механика прир. диспер. систем» Одесса. - 1997 - С. 48-50.
