CC BY
0
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
УДК 678 https://doi.org/10.24412/2071-8268-2024-1-12-14
свойства полимерных материалов на основе полиамида-6
Баранников М.В.
ООО «ПолиКом», Иваново, Россия В статье представлены результаты исследования полиамида-6, полученного по новой низкотемпературной технологии. Основные физико-химические, термические и прочностные свойства данного полимерного материала соответствуют современным требованиям для переработки в готовые изделия. Такие полимерные материалы могут применяться для изготовления полиамидных нитей, волокон и композиционных материалов, деталей машин и элементов конструкций изделий авиационной и наземной техники.
Ключевые слова: низкотемпературная гидролитическая полимеризация капролактама, поли-амид-6, прочность при растяжении, ударная вязкость, предел текучести расплава.
Для цитирования: Баранников М.В. Свойства полимерных материалов на основе полиамида-6 // Промышленное производство и использование эластомеров, 2024, № 1, С. 12-14. DOI: 10.24412/20718268-2024-1-12-14.
properties of polymer materials based on polyamide-6
Barannikov M.V.
PolyCom LLC, Ivanovo, Russia Abstract. Polymers and composites based on them are one of the most important materials that are widely used in various industries and everyday life. The article discusses the production of polymer materials based on polyamide-6, obtained using low-temperature technology. The main physicochemical, thermal and strength properties of these polymer materials were investigated. The materials can be used for the manufacture of polyamide threads, fibers and composite materials, machine parts and structural elements of aircraft and ground equipment.
Key words: polyamide-6, polymer materials, tensile strength, impact strength, melt yield strength. For citation: Barannikov M.V. Properties of polymer materials based on Polyamide-6. Prom. Proizvod. Ispol'z. Elastomerov, 2024, no. 1, pp. 12-14. DOI: 10.24412/2071-8268-2024-1-12-14. (In Russ.).
Полимерные материалы используются во многих сферах жизни человека. В отличие от других конструкционных материалов, таких как дерево, металл или стекло, пластмассы имеют ряд преимуществ [1]. Они легко поддаются переработке, могут быть окрашены в разные цвета, имеют небольшой вес, обладают хорошими механическими свойствами, высокой удельной прочностью, устойчивы к ржавчине и имеют изоляционные свойства. Кроме того, их производство обходится недорого. Благодаря этим свойствам применение пластмасс становится всё более распространённым. Проводятся научные и производственные работы по модификации полимеров, чтобы получить материалы с необходимыми характеристиками [2-4].
Существует большое количество различных полимеров, что позволяет подобрать подходящее сырьё для производства конкретных продуктов и изделий. Поэтому мировой объём производства как полимеров, так и материалов на их основе постоянно увеличивается. Важно также отме-
тить, что для полимеров существует множество методов переработки, что расширяет возможности получения материалов на их основе [5]. Один из основных методов переработки полимеров — это литьё под давлением [6-7].
Полиамид-6 (ПА-6) благодаря ценному комплексу потребительских свойств — прочности, эластичности, устойчивости к истиранию находит широкое применение в легкой, пищевой, текстильной промышленности, в строительной отрасли, машиностроении, медицине [8].
Коллективом авторов разработана и апробирована технология получения полиамида-6, основанная на низкотемпературной гидролитической полимеризации капролактама при температуре ниже температуры плавления полимера [9]. Полимер по данной технологии получается путем двухступенчатой жидкофазной полимеризации капролактама при температуре на первой стадии — 250С, и на второй стадии — 210С, с последующей совмещенной сушкой-де-мономеризацией гранулята полиамида-6 [10].
В ходе данной работы полученный поли-амид-6 был переработан в полимерные материалы, а их свойства были определены с помощью набора физико-химических и механических методов исследования.
Образцы и методы исследований
Физико-химические свойства гранулята по-лиамида-6 исследовались по стандартным методикам:
• содержание низкомолекулярных соединений (НМС, %) выполнено в соответствии с ГОСТ 17824-2005 (гравиметрический);
• содержание капролактама (КЛ, %) определено в соответствии с ГОСТ 30351-2001 (метод газожидкостной хроматографии);
• относительная вязкость (потн) растворов полиамида измерена в соответствии с ГОСТ 110342018.
Образцы с размерами согласно ГОСТ 336932015 (ISO 20753:2008) для испытания на растяжение изготовлены методом литья под давлением.
Прочность при разрыве была определена на универсальной испытательной машине AI-7000-М согласно ГОСТ 11262-2017. Испытания проводились на образцах в форме лопаток при скорости раздвижения зажимов 25+2 мм/мин.
Определение ударной вязкости по Шарпи было выполнено в соответствии с ГОСТ 46472015 (ISO 179-82) на маятниковом копре СТ-7045-МПГ. Для нанесения надрезов на образцах использовалось автоматическое устройство СТ-7016-АЗ.
Предел текучести расплава измерялся в соответствии с ГОСТ 11645-2021 при Т 230°С и нагрузке 3,19 Н с использованием автоматического экструзионного пластометра ИИРТ-5М.
Обсуждение результатов
Свойства готового гранулята полиамида-6 характеризуются следующими показателями: Потн — 2,76±0,03, концентрация капролактама — 0,46±0,01%, концентрация низкомолекулярных соединений — 1,48±0,02%.
В таблице представлены физико-механические свойства образцов полиамида-6, полученных по новой технологии, в сравнении с характеристиками полимера, производимого по современным промышленным стандартам.
Полученные образцы изделий из полиами-да-6 обладают высокой прочностью при разрыве в диапазоне 62-70 МПа, что говорит о возможности использования материала в конструкциях, подверженных высоким нагрузкам. Ударная вязкость материала (без надреза) составила 110125 кДж/м2, определяя его способность к поглощению энергии удара без разрушения. С учётом
Физико-механические свойства образцов полиамида-6
Характеристика Тип полиамида-6
Промышленного производства По новой технологии
Прочность при разрыве, МПа 56-65 62-70
Ударная вязкость материала (без надреза), кДж/м2 100-120 110-125
Ударная вязкость материала (с надрезом), кДж/м2, не менее 5,0 5,5
Предел текучести расплава, гр/10 мин 3,02 3,16
наличия надреза, ударная вязкость составляет не менее 5,5 кДж/м2, что является достаточным показателем для обеспечения безопасности и долговечности изделий из полиамида-6.
Текучесть расплава полимеров является важным параметром, определяющим способность материала к формовке и переработке. При сниженной текучести расплав становится более вязким, что позволяет легче контролировать процесс формовки и достичь более высокой точности в изготовлении изделий. Таким образом, повышенная вязкость полученного полиами-да-6 может быть положительным фактором при его использовании в производстве полимерных материалов. Она улучшает качество и стабильность процесса переработки, обеспечивая более высокие характеристики конечного изделия. При этом ПТР полученного полиамида сопоставима с ПТР высоковязкого гранулята промышленного образца с потн 2,88±0,02, полученного по более сложным технологическим условиям.
Выводы
На основании данных, полученных в результате проведённых исследований, можно сделать следующие выводы:
1) Физико-химические характеристики поли-амида-6, полученного по новой технологии, соответствуют современным требованиям к полимеру, готовому для переработки в полимерные и композиционные материалы.
2) Изделия, изготовленные из этого вида по-лиамида-6, обладают более высокими физико-механическими свойствами по сравнению с образцами, полученными из промышленного полимера.
3) Такие свойства материала могут быть востребованы в различных отраслях промышленности, где требуется высокая точность получения
и надежность изделий, а также улучшенные технологические процессы производства.
4) Эти результаты указывают на большой потенциал для получения и применения разработанного полиамида-6.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Свиридов Е.Б., Дубовый В.К. Книга о полимерах: свойства и применение, история и сегодняшний день материалов на основе высокомолекулярных соединений. — 2-е изд., испр. и доп. — Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, 2016. — 393 с.
2. Крыжановский В.К, Бурлов В.В, Паниматченко А.Д. Технические свойства полимерных материалов. — 2-е изд., испр. и доп. - СПб: Профессия, 2007. — 240 с.
3. Абзальдинов Х.С., Яруллин А.Ф. Современные тенденции в области модификации эластомеров высокомолекулярными соединениями и олигомерами (обзор) // Промышленное производство и использование эластомеров. — 2021. — № 3. — С. 13-21. — DOI 10.24412/2071-82682021-3-13-21.
4. Узденский В.Б. Модификация полимеров: практическое руководство для технолога. — 2-е изд., испр. и доп. — СПб: Профессия, 2021. — 224 с.
5. Садова А.Н., Темникова Н.Е., Абзальдинов Х.С., Исха-кова Д.Д., Дебердеев Т.Р. Инновационные аспекты в технологии и переработке пластических масс. В 3 ч. Ч. 1. — Казань: КНИТУ, 2019. — 164 с.
6. Kakhramanov N.T., Allahverdiyeva Kh.V., Mustafayeva FA., Nasibov Kh.N. Theoretical aspects of the injection molding process of multicomponent nanocomposites based on polyolefins // ChemChemTech. — 2022. — V. 65. — N. 1. — P. 83-91. — DOI 10.6060/ivkkt.20226501.6451
7. Оссвальд ТА. Тунг Л.Ш., Грэманн П.Д. Литье пластмасс под давлением. / Под ред. Калинчева Э.Л. — СПб: Профессия, 2008. — 712 с.
8. Карсакова Е.В., Кравченко Т.П. Свойства и области применения полиамидов различных типов // Успехи в химии и химической технологии. — 2008. — Т. 22 — № 5(85). — С. 10-13.
9. Пат. 2814244 РФ. Способ получения полиамида-6 / Баранников М.В., Базаров Ю.М., Поляков В.С.; опубл. 28.02.2024, Бюл. N 7. — 6 с.
10. Баранников М.В., Голубева МА., Базаров Ю.М., Койфман О.И. Исследование проведения процесса совмещенной сушки-демономеризации гранулята полиамида-6 // Пластические массы — 2020. — № 11-12. — С. 61-62. — DOI: 10.35164/0554-2901-2020-11-12-61-62.
информация об авторах/information about the authors
Баранников Михаил Владимирович, к.т.н., генераль- Barannikov Michail V., Cand. (Chem.) Sci., CEO, OOO ный директор ООО «ПолиКом», Иваново, Россия «PolyCom», Ivanovo, Russia
E-mail: newmichal2014@gmail.com E-mail: newmichal2014@gmail.com
ВНИМАНИЮ АВТОРОВ!
Научный рецензируемый журнал «Промышленное производство и использование эластомеров»
набирает портфель статей на 2024 год
Направлять статьи необходимо по электронной почте elastomery@rambler.ru.
С подробной информацией можно ознакомиться на сайте ELASTOMERY.RU.
Журнал по решению ВАК Минобрнауки России включен в «ПЕРЕЧЕНЬ рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук» и включен в международную реферативную базу данных Американского химического общества Chemical Abstract Service (CAS).
В соответствии с итоговым распределением журналов Перечня ВАК по категориям К1, К2, КЗ в 2023 году научно-информационный сборник «Промышленное производство и использование эластомеров» соответствует категории К2.
Для справки:
С утверждением системы категорирования журналов ВАК для российских ученых начинают действовать следующие правила:
• хотя бы одна статья аспиранта должна быть размещена в журналах, относящихся к К1 или К2;
• 5 статей соискателей на докторскую степень должны быть напечатаны в изданиях из первой и второй категории.
С 28.12.2018 г. за научно-информационным сборником «Промышленное производство и использование эластомеров» закреплены научные специальности и соответствующие им отрасли науки, по которым присуждаются ученые степени:
02.00.06 — Высокомолекулярные соединения (технические науки),
02.00.13 — Нефтехимия (химические науки)
