CC BY
13
kuNiVERSLIM:
№ 2 (95)_ДД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_(Ьевраль. 2022 г.
DOI - 10.32743/UniTech.2022.95.2.13063
РЕГУЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛИПРОПИЛЕНОВОЙ КОМПОЗИЦИИ
ТАЛЬКОМ И ЭЛАСТОМЕРОМ
Усманов Икромжон Таджибаевич
генеральный директор СП ООО « UzAuto Cepla», Республика Узбекистан г. Ташкент, E-mail: i. usmanov@avtocepla. uz
Курбанбеков Фаррух Саидович
начальник отдела научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ,
СП ООО «UzAuto Cepla», Республика Узбекистан г. Ташкент E-mail: _ f.kurbanbekov@avtocepla. uz
Айходжаев Бобир Батирович
доц. кафедры «Технология высокомолекулярных соединений и пластмасс Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: aykhodjaev@mail. ru
Адилов Равшан Иркинович
зав. кафедры «Технология высокомолекулярных соединений и пластмасс Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан г. Ташкент» E-mail: adilov ravshan@mail.ru
REGULATION OF THE PROPERTIES OF THE POLYPROPYLENE COMPOSITION
WITH TALC AND ELASTOMER
Ikromjon Usmanov
General Director of JVLLC "UzAuto Cepla", Republic of Uzbekistan, Tashkent,
Farrukh Kurbanbekov
Head of R&D Department, JV LLC "UzAuto Cepla", Republic of Uzbekistan, Tashkent
Bobir Aikhodzhaev
Associate Professor of the Department "Technology of high molecular weight compounds and plastics Tashkent Chemical-Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Ravshan Adilov
Head of the Department "Technology of high-molecular compounds and plastics Tashkent Chemical-Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В статье приводятся результаты исследования технологических и физико-механических свойств полимерной композиции, состоящей из блок-сополимера пропилена, термопластичного эластомера и талька наполнителя. Изучено влияние отдельных компонентов композиции на эти свойства.
Библиографическое описание: РЕГУЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛИПРОПИЛЕНОВОЙ КОМПОЗИЦИИ ТАЛЬКОМ И ЭЛАСТОМЕРОМ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Усманов И.Т. [и др.]. 2022. 2(95). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13063
kuiNliVERSUM:
№ 2 (95)_ДЛ ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_(Ьевраль. 2022 г.
ABSTRACT
The article presents the results of a study of the technological and physical and mechanical properties of a polymer composition consisting of a block copolymer of propylene, thermoplastic elastomer and talc filler. The influence of individual components of the composition on these properties has been studied.
Ключевые слова: тальк, эластомер, показатель текучести расплава, ударная вязкость, модуль упругости, трехкомпонентный компаунд.
Keywords: talc, elastomer, melt flow rate, impact strength, elastic modulus, three-component compound.
Введение. Применение полимерных композиций в автомобильной промышленности расширяется год от года. Одной из областей применения таких композиций являются компаунды на основе полипропилена, который широко заменяет металл в отдельных деталях конструкции автомобиля [1].
К сожалению, в большинстве случаев многие характеристики полипропилена по себе оказываются недостаточными для эффективного применения в этой области. Поэтому практически сразу после освоения промышленного производства полипропилена стали прибегать к его модификации, компаундируя наполнителями различной природы, с целью улучшения эксплуатационных качеств материала [2-10]. Так, широко применяемым приемом повышения ударной прочности и морозостойкости материала является введение в его состав эластомеров, а для повышения жёсткости и теплостойкости полимера используется введение минеральных наполнителей. В большинстве работ отмечается, что величина модуля, главным образом, определяется объемной долей жестких включений [11-12].
Целью данной работы являлось исследование влияния модификаторов, таких как эластомер и тальк на свойства компаундов на основе полипропилена.
Методика эксперимента. В работе использовался местный полипропилен (ПП) марки JM370 производства Uz-Kor Gaz Chemical, выпускающий
продукцию по технологии Mitsui, c показателем текучести расплава (ПТР) 30гр/10мин, этиленпро-пиленовый эластомер марки LC170, c ПТР 1 гр/10 мин производства компании LG Chem. В качестве наполнителя использовался измельченный и переработанный в Республике Узбекистан тальк марки МТ-1, месторождения которого является ИР Афганистан.
Перемешивание состава компаундов, проводили на лабораторном двух шнековом экструдере предварительно смешав все вручную в течении 15 минут, при температуре 180°С - 220°С и частоте вращения шнеков 85 об/мин. Образцы для испытаний готовили согласно стандарту ISO методом литья под давлением.
Результаты. Сперва исследовались различные физико-механические свойства исходного полипропилена и смеси исходного полипропилена одним из модификаторов, данные которых представлены в виде диаграмм (Рисунок 1-4).
Методы и условия испытаний композиций представлены в таблице. При этом концентрация модификаторов изменялась с 10 до 20%. Сделано это для оценки влияния каждого модификатора по отдельности.
На Рисунке 1 показана диаграмма изменения плотности полученного компаунда от содержания талька и эластомера.
Рисунок 1. Зависимость плотности компаунда от содержания талька и эластомера
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Мы видим, что при добавлении талька в 10% и 20% (массы в соотношении) плотность компаунда увеличивается на 10% и 16% это связано с высокой плотностью самого наполнителя (р=2,8гр/см3). А при добавлении эластомера в соотношении 10% и
20% плотность снижается незначительно, что обусловлено низкой плотностью эластомера (р=0,869гр/см3) и при этом изменение плотности конечного продукта соизмеримо с концентрацией добавленного модификатора.
Рисунок 2. Зависимость ПТР компаунда от содержания талька и эластомера
На Рисунке 2 показана диаграмма изменения ПТР компаундов от содержания талька и эластомера. Добавление в базовый ПП талька и эластомера приводит к снижению ПТР. В случае добавлении талька 10% и 20% ПТР снижается на 10% и 16% за счет образовании тугоплавкой смеси ПП+тальк. В случае добавлении эластомера 10% и 20% ПТР снижается на 30% и 44% соответственно.
Из полученных результатов видно, что эластомер оказывает более сильный эффект на ПТР чем тальк,
что достигается за счет добавления низко текучего эластомера (ПТР=1гр/10мин). Можно сказать, что добавление эластомера снижает вязкость системы пропорционально его доли, а влияние концентрации талька на вязкость системы носит более сложный характер.
На Рисунке 3 показана зависимость модуля упругости компаундов от содержания талька и эластомера.
Рисунок 3. Зависимость модуля упругости компаунда от содержания талька и эластомера
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Рисунок 4. Зависимость ударной вязкости компаундов от содержания талька и эластомера
Как и ожидалось, при добавлении талька 10% и 20%, модуль упругости при изгибе увеличивается на 34% и 60% за счет анизотропных свойств частиц талька. Также увеличивается температура изгиба под нагрузкой 1,8МПа на 18% и 22%. Но резко ухудшается относительное удлинение при разрыве на 54% и 85%. В случае добавление эластомера модуль упругости снижается, за счет увеличения эластичности системы. Схожая тенденция наблюдаются и для такого показателя как модуль упругости при растяжении.
На Рисунке 4 показана зависимость ударной вязкости компаунда от содержания талька и эластомера. Мы видим, что добавление талька способствует снижению ударной вязкости по Шарпи с надрезом при +23°С на 24% и 45% (для 10 и 20% соответственно), а при -30°С на 61% и 61% соответственно. Это
наблюдается из-за увеличения жесткости компаунда.
Добавление эластомера в количестве 10 и 20% способствует повышению ударной вязкости при +23°С в 1,6 и 2,3 раза, и при -30°С в 1,2 и 1,5 раза, соответственно.
Также было установлено, что добавление талька и эластомера способствуют к снижению усадки компаунда. Увеличение содержания талька приводит к снижению усадки, вследствие наполнения системы и увеличения расстояния между макромолекулами полимера.
Для более детального анализа влияния талька и эластомера на свойства полимерного компаунда были изучены свойства трехкомпонентного компаунда ПП+Тальк+Эластомер.
В таблице предоставлены физико-механические свойства этих компаундов.
Таблица 1.
Физико-механические свойства трех компонентных компаундов
Наименование Методы испытаний ПП-70% ЭЛ-20% ТЛ-10% ПП-70% ЭЛ-10% ТЛ-20% ПП-60% ЭЛ-20% ТЛ-20% ПП-80% ЭЛ-10% ТЛ-10%
Плотность,гр/см3 ^1183^ 0,968 1,038 1,047 0,973
Показатель текучести расплава,гр/10 мин ^-1133 14,5 17,1 13,2 20,6
Модуль упругости при изгибе, 2 мм/мин, МПа ^-178 1220 1252 1535 889
Модуль упругости при растяжении, 1мм/мин,Мпа ^-527-1/2 1386 1369 1745 1528
Упругость при растяжении, 50 мм/мин, МПа ^-527-1/2 21 17 24 22
Удлинение,% ^-527-1/2 70 38 25 10
Ударная вязкость по Шарпи с надрезом(+23°С),кДж/м2 ^-Ш/ША 14,4 35,1 46,1 18,2
Ударная вязкость по Шарпи с надрезом (-30°С),кДж/м2 ^-Ш/ША 5,3 5,5 5,4 3,5
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Наименование Методы испытаний ПП-70% ЭЛ-20% ТЛ-10% ПП-70% ЭЛ-10% ТЛ-20% ПП-60% ЭЛ-20% ТЛ-20% ПП-80% ЭЛ-10% ТЛ-10%
Ударная вязкость по Изоду с надрезом (+23),кДж/м2 ISO-180 26,5 30,2 29,0 6,0
Ударная вязкость по Изоду с надрезом (-30°С),кДж/м2 ISO-180 6,7 3,9 4,9 3,2
Температура изгиба под нагрузкой(1.8 Мпа), МПа ISO-75-2 45 49 51 46
Усадка после 48 часов,% ISO-294 0,94 0,52 0,82 0,82
Как видно из полученных данных в таблице, общие закономерности наблюдавщиеся для двух компонентных систем, наблюдаются и для трехкомпонентных. Это значить что с помошью талька и эластомера можно создать компаунд с регулируемыми свойствами исходя из требований потребилей.
Выводы. Выяснилось, возможность регулирования значения такого важного технологического показателя как показателя текучести расплава, варьируя концентрацией таких модификаторов как тальк и эластомер. Таким образом для достижения целей можно регулировать и другие важные характеристики компаунда.
Установлено что, с помощью талька и эластомера можно получить полипропиленовые компаунды, с заранее предсказуемыми свойствами.
Список литературы:
1. S. Kagaku, S. Moritomi, T. Watanabe, S. Kanzaki. "Polypropylene Compounds for Automotive Applications Sumitomo Chemical Co., Ltd. Petrochemicals Research Laboratory - 2010. pp 1-16.
2. Nikolaev A.F., eds. Sinteticheskiye polymeri i plasticheskiye massy na ikh osnove [polymers and plastics based on them]. Moscow, Khimiya Publ., 1966. 768 p.
3. Zweifel H., Ralph D.M., Schiler. Plastics additives handbook. 6th ed. Carl Hanser Verlag, munich/FRG, 2009. 1126 p. (Russ. ed.: Uzdenskogo V.B., Grygorova A.O. Dobavki k polymeram. Spravochnik. Sankt-Petersburg, Professiya Publ., 2010.1138 p.)
4. White J.L., Choy D.D., Polyolefins processing, structure development, and properties 1th ed. Cael Hanser Verlag, Munich/FRG, 2004. 306 p. (Russ.ed.: Tsobkallo Ye.S., S., Polietilen, polipropilen i drugiye poliolefiny. Sankt-Peterburg, Professiya Publ., 2006.256 p.)
5. Cornelia V., eds. Spravochnik po poliolefinam, vtoroye izdaniye, pererabotannoye i dopolnennoye [Handbook of polyolefins, second edition, revised and expanded.] New York, Marcel Dekker, Publ., 2000. 578 p.
6. Kaminsky W., eds. Poliolefiny: 50 let posle Tsiglera i Natta. [Polyolefins: 50 years after Ziegler and Natta I.] Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Papierfresserchens MTM-Verlag, Publ., 2013, 257 p.
7. Al-Ali Al-Maadeed M., Krupa I., eds. Poliolefinovyye soyedineniya i materialy Springer International Publishing [Polyolefin Compounds and Materials Springer International Publishing] Switzerland, Publ., 2016. 354 p.
8. Mazina L.A., Deberdeev T.R., Deberdeev R.Ya., [Mineral flame retardants for halogen-free polyolefin compounds]. Mineral'nyye antipireny dlya bezgalogennykh poliolefinovykh kompaundov, 2015, no. 16. (In Russ.) Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/mineralnye-antipireny-dlya-bezgalogennyh-poliolefinovyh-kompaundov/viewer
9. Khayrulin R.Z., Sukhanov P.P., Arkhiriyev V.P. [On the influence of the flexibility of the polyamide ether chain on the properties of polymer-polymer mixtures polypropylene-polyamide ether]. O vliyanii gibkosti tsepi poliamidoefira na svoystva polimer-polimernykh smesey polipropilen-poliamidaefir, 2007, no. 12 (In Russ.) Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/o-vliyanii-gibkosti-tsepi-poliamidoefira-na-svoystva-polimer-polimernyh-smesey-polipropilen-poliamidoefir/viewer
10. Zelentskiy A.N., Sizova M.D., Volkov V.P., Artem'yeva N.YU., Yegorova N.A., Nikol'skaya V.P., [Mechanochemical modification of polyolefins in solid state] Mekhanokhimecheskaya modifikatsiya poliolefinov v tverdom sostoyanii, 1999, no. 5 (In Russ.) Available at: https://cyberleninka.ru/article/n7mehanohimicheskaya-modifikatsiya-poliolefinov-v-tverdom-sostoyanii/viewer
11. Usmanov I.T., Alimuxamedov M.G., Ayxodjaev B.B., Isaboev S.S. Juraev A.B. [Study of domestically produced polypropylene]. Materialy mejdunarodnoy konferensii «Sovremennye innovatsiy: ximiya i ximicheskaya texnologiya atsetilenovyh soedineniy. Nefteximiya. Kataliz» [Materials of the international conference «Modern innovations: chemistry and chemical technology of acetylene compounds. Petrochemistry. Kataliz» ].Tashkent, 2018. pp. 158-159.
12. Usmanov I.T., Alimuxamedov M.G., Ayxodjaev B.B. [Waste use for the creation of polypropylene compositions for the automotive industry]. Zadachi oxrany okrujayuchey sredy v ximii i ximicheskix texnologiyax [Environmental problems in chemistry and chemical technologies]. 3-Seksiya . Tashkent, 2020, pp. 146-148.
13. Harper C.A.Handbook of plastics, elastomers and composites. New York: Mc Grow Hill Handbooks. 2002. - P. 210.
14. Zuiderduin W.C.J. Toughening of polypropylene with calcium carbonate particles// -Amsterdam: Polymer. 2003. v44- P. 261.
