CC BY
22
№ 5 (86)
A UNI
/ш. те)
UNIVERSUM:
технические науки
май, 2021 г.
МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
ВЛИЯНИЕ ИНГРЕДИЕНТОВ НА УПРУГО-ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА
ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ
Тухташева Малохат Нафасовна
доцент
Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: tuxtasheva@list. ru
Носиров Миржалол Улжабой угли
ассистент,
Янгиерский филиал Ташкентского химико-технологического института,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
INFLUENCE ON INGREDIENTS ELASTIC AND STRENGTH PROPERTIES OF HIGH- DENSITY POLYETHYLENE
Malokhat Tukhtasheva
Associate Professor of the Tashkent Chemical-Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Mirjalol Nosirov
Assistant, Yangier branch of the Tashkent Chemical-Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В данной статье представлены результаты исследования влияния ингредиентов на упруго -прочностные свойства полиэтилена высокой плотности. Разработанные методами оптимального содержания наполнителя огнестойкие композиционные полимерные материалы обладают достаточно высокими прочностными свойствами и огнестойкостью.
ABSTRACT
This article provides the results to investigate the influence of ingredients on the elastic-strength properties of high density polyethylene. The optimum filler content methods developed fire-resistant composite polymeric materials have sufficiently high strength properties and fire resistance.
Ключевые слова: композиционный полимерный материал, антипирен, песок, мел, наполнитель, механоак-тивированный, огнестойкий, прочность, ингредиент, волокно.
Keywords: the composite polymer material, а fire retardant, sand, chalk, filler, mechanically activated, flame retardant, the strength, the ingredient fibers.
Введение. В целях получения огнестойких композиционных материалов в состав полимерных композиционных материалов вводят различные наполнители, так как наполненные композиционные полимерные материалы обладают высокой механической прочностью.
Установлено, что, наряду с природными наполнителями, заметное влияние на свойства композиций оказывают форма и размеры его частиц. Несмотря на отсутствие детального объяснения роли формы и
размера частиц наполнителя, в большинстве случаев выяснено, что они оказывают определенное воздействие на прочностные характеристики композиционных материалов [1].
Объекты и методы исследования. В соответствии с такой постановкой задачи нами было исследовано влияние механоактивированного песка и мела на прочностные свойства полиэтилена высокой плотности марки Ь0760 (HDPE) с плотностью 0.960 г/см3 и индексом расплава 5,5-8,5 г/10 мин [1].
Библиографическое описание: Тухташева М.Н., Носиров М.У. Влияние ингредиентов на упруго-прочностные свойства полиэтилена высокой плотности // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 5(86). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/1179
№ 5 (86)
AuiSli
1ш. те;
UNIVERSUM:
технические науки
май, 2021 г.
Для понижения горючести полимерных материалов применяются специальные вещества - антипи-рены. Как правило, антипирены должны отвечать следующим требованиям: иметь в достаточной степени хорошую совместимость с полимером; не понижать механических и других физических характеристик материала; быть нетоксичными; прозрачными и др. Известно два предположения относительно механизма действия антипиренов: первое - препятствует пиролизу полимера и замедляет выделение горючих газов пиролиза; второе - образует слаболетучие негорючие газы, препятствующие воспламенению газов пиролиза. Антипирены подразделяются на инертные и химически активные. Первые не вступают в реакцию с полимером и образуют с ним однородную физическую смесь. Вторые - вступают в химическую связь с полимером.
Применительно к полимерам хорошей огнестойкостью обладают композиции, содержащие в своем химическом составе Р, К, С1 и другие элементо -содержащие соединения. Поэтому в качестве ингредиента были использованы олигомерные антипирены, представляющие собой негорючую, нетоксичную сыпучую массу. Они являются гетероцепным полимером, содержащим азотные, фосфорнокислые и хлорные группы, для придания полимерным, древесным материалам огнестойкости (негорючести), а также образованные взаимодействием ортофосфор-ной кислоты с уротропином и натрий тетраборатаде-кагидратом (АП-1, АП-2, АП-3,АП-4, АП-5 и АП-6), которые легко совмещаются и впитываются полимерными материалами и придают этим материалам высокую огнестойкость, что имеет важное значение в условиях жаркого климата. Соотношение исходных веществ для АП-1 - АП-3 составляет 1:0,25:0,1 (моль/л), а для АП-4 -АП-6 -;1:0,5:0,2 (моль/л). Компонентами олигомерного антипирена являются
относительно дешевые и доступные отечественные вещества, такие как ортофосфорная кислота, уротропин и натрий тетраборатадекагидрат. Олигомерный антипирен является дешевым и доступным, обладает высокими огне- и атмосферостойкостью, отсутствием выделения токсичных веществ [2].
Качество полиэтиленовых композиций можно улучшить повышением свойств полиэтилена улучшением прочностных характеристик композиций методом механоактивацией минеральных наполнителей. В качестве минеральных наполнителей был выбран чиназский речной песок (удельная поверхность 396 см2/г, насыпная плотность 1461 кг/м3, плотность 2324 кг/м3), который является достаточно мелкозернистым и проходит через сито 0,008, модуль крупности меньше единицы [3-4].
Для снижения стоимости и повышения огнестойкости композиций и экологичности в её состав добавляли мел (карбоната кальция).
Для механоактивации наполнителей была выбрана дисмембраторная установка «Композит 2000», в которой реализуется комбинированный эффект ударно-раскалывающее-истирающего метода.
Механизм усиления полимеров порошкообразными наполнителями - явление чрезвычайно сложное. Наполнители, в зависимости от их природы, могут увеличивать или уменьшать прочностные свойства полимерных композиций. Это подтверждается полученными нами результатами исследований влияния содержания механоактивированного песка и мела на прочностные свойства полиэтиленовых композиций.
Полученные результаты и их обсуждение. Зависимость прочностных свойств полиэтиленовых композиций от содержания наполнителей - порошковых ингредиентов представлена в таблице.
Таблица 1.
Физико-механические свойства наполненных полиэтиленовых композиций
Композиция
Содержание наполнителя, мас.ч.
Прочность при растяжении, МПа
Относительное удлинение, %
Твердость по Бринеллю, Нб, МПа
Модуль упругости при изгибе, Еи, МПа
Ударная вязкость, а, Дж/м2
ПЭВП
26,0
1200
45,0
1280
26,0
ПЭВП+ антипирен
2 4 6 8 10 12
33.1
32.2 28,1 25,4 20,4
17.3
1107 1090 910,0 815,4 710,4 607,3
53,5
58.3
55.4 40,0
30.0
23.1
1305 1325 1350 1375 1400 1420
29 5
31.3 30,0
25.4 21,4 17,3
ПЭВП+ мел (CaCÜ3)
5 10 20 30 40
30,5 32,8 31,4
28.4
23.5
1280 1080 900 840 725
50,5 55,0
57.0 59,5
58.1
1300 1450 1530 1600 1650
32, 5
35.3 33,0
27.4 22,4
ПЭВП+
кварцевый песок
2 4 6 8 10 12
35.1
33.2 30,1 21,4 18,4 15 3
1100 1000 820 703 520 403
53,5 55,0 54,5 52,0 60,0 43 1
1320 1470 1590 1680 1700 1750
31, 5
33.3 31,0
24.4 20,4 15 3
№ 5 (86)
A UNI
/Ш. ТЕ)
UNIVERSUM:
технические науки
май, 2021 г.
Как видно из таблицы, минеральные наполнители - механоактивированный песок и мел в составе полиэтиленовых композиций улучшают механические свойства композиционных материалов и зависимости носят экстремальный характер. В частности, при содержании механоактивированного песка и мела в количестве 6 мас.ч. разрывная прочность повышается в пределах до 50 МПа с увеличением количества вводимых наполнителей. При дальнейшем увеличении содержания наполнителей наблюдается некоторое снижение разрывной прочности полиэтиленовых композиций.
Это объясняется тем, что полиэтилен высокой плотности, воздействуя на процессы взаимодействия с механоактивированным песком и мелом, облегчает смачивание и её растекание по поверхности наполнителя, что является необходимым условием сцепления между частицами песка и мела за счет образования более прочных связей между ними. Кроме того, увеличение разрывной прочности полиэтиленовых композиций объясняется тем, что при меха-ноактивации песка и мела наблюдается изменение их удельной поверхности и неровности поверхности частиц. Это приводит к возникновению условий для создания прочных комплексных связей между полимерной связующей и наполнителями.
Такая же закономерность изменения разрывной прочности полиэтиленовых композиций наблюдалась и при использовании олигомерного антипирена в количестве 2-6 мас.ч. Представленная зависимость разрывной прочности полиэтиленовых композиций от содержания олигомерного антипирена носит экстремальный характер, причем максимум смещается в сторону более высокого содержания в олигомер-ного антипирена по сравнению с композициями, в которых используются механоактивированный песок и мел.
Таким образом, оптимальное содержание механоактивированного песка, мела и олигомерного антипирена составляет, соответственно, 3-5, 5-10 и 2-6 мас.ч.
Исходя из вышеизложенного нами предлагается для разработки рецептуры полиэтиленовых композиций использовать механоактивированный песок, мел и олигомерный антипирен в этих пределах.
Резюме. Таким образом, определены закономерности влияния содержания механоактивированного песка и мела на прочностные свойства композиционных полиэтиленовых материалов, наполненных олигомерными антипиренами. Установлено, что при содержании механоактивированного песка и мела в количестве 6 -10 мас.ч. прочность находится в пределах 30-35 МПа, а при содержании олигомерного антипирена волокна в количестве 2-6 мас.ч. разрывная прочность повышается и носит экстремальный характер. Причем максимум смещается в сторону более низкого содержания олигомерного антипирена по сравнению с композициями, в которых используются механоактивированные песок и мел.
Проведенные исследования позволили разработать огнестойкие композиционные материалы на основе полиэтилена высокой плотности и различных ингредиентов оптимизированного состава, содержащих олигомерные антипирены и комбинации высокодисперсных ингредиентов - механоактивированных песков и мела. При изучении физико-механических и прочностных свойств разработанных огнестойких композиционных материалов установлено, что они обладают достаточно высокими прочностными свойствами, отвечающими предъявляемым требованиям к композиционным полимерным материалам для сидений автобусов.
Список литературы:
1. Нурметов Т.Ш., Махсумова А.С., Джалилов А.Т. Патент. № IAP 03543. Олигомер антипирен олиш усули. // Расмий ахборотнома, 2004. - №8.
2. Халимов Ш.А. Технология получения армированных композиционных полимерных материалов для газовых баллонов высокого давления на основе местного сырья: Автореф.. .канд. техн. наук. - Ташкент, 2009. - 26 с.
3. Иноятов К.М. Разработка эффективных композиционных материалов для асфальтобетонных покрытий дорог и технологии их получения: Автореф. канд. техн. наук. - Ташкент, 2007. - 25 с.
4. Н.С. Абед, Г.Гулямов, С.С. Негматов, М.Н. Тухташева. Конструкционные композиционные полимерные материалы в машиностроении // Композиционные материалы. -Ташкент, 2019. - .№3. - 35-40 с.
