CC BY
37
ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА
Аликулова Дилором Абдурахмановна
ст. преп., Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез
Тожиев Панжи Жовлиевич
ст. преп., доктор философии по техническим наукам (PhD), Термезский государственный университет,
Республика Узбекистан, г. Термез E-mail: panjitojiyev 74@gmail. com
Тураев Хайит Худайназарович
д-р хим. наук, профессор, Термезский государственный университет,
Республика Узбекистан, г. Термез E-mail: hhturaev@rambler. ru
Джалилов Абдулахат Туропович
академик АН РУз.,
директор ООО Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии, Республика Узбекистан, Ташкентская обл., Зангиотинский р-н, п/о Ибрат
E-mail: [email protected]
NFLUENCE OF FILLERS ON THERMAL POLYETHYLENE PROPERTIES
Dilorom Ab. Alikulova
Senior Lecturer, Termez State University, Republic of Uzbekistan, Termez
Panji J. Tojiyev
Senior Lecturer, doctor of filosofi (PhD), Termez State University,
Republic of Uzbekistan, Termez
Hayit Kh. Turaev
Doctor of Chemical Sciences, Professor, Termez State University,
Republic of Uzbekistan, Termez
Abdulahat T. Jalilov
Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Director of the Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent Region, Zangiotinsky District.
АННОТАЦИЯ
В статье показано, что введение в полиэтилен дисперсного наполнителя позволяет повысить весь комплекс тепло-физических характеристик, также улучшаются показатели горючести разработанных полимер матричных композитов.
ABSTRACT
The article shows that the introduction of a dispersed filler into polyethylene makes it possible to increase the entire range of thermal and physical characteristics, and also improves the flammability of the developed polymer matrix composites.
Ключевые слова: полиэтилен, дисперсный вермикулит, базальт, физико-механические свойства. Keywords: polyethylene, dispersed vermiculite, basalt, physical and mechanical properties.
Библиографическое описание: Влияние наполнителей на теплофизические свойства полиэтилена // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Аликулова Д.А. [и др.]. 2020. № 8 (74). URL:
https://7universum. com/ru/nature/archive/item/10586
Введение
В настоящее время в мире ежегодно вырастает потребность к полимерным композиционным материалам в связи с высокими темпами роста населения и промыщленного производства. При этом в сфере автомобилестроения и строительства ставятся высокие требования к полимерным композиционным материалам. Однако, низкая стойкость к горению, присущие полимеров композиционных материалов на основе полиэтилена, значительно ограничивают область их применения.[1]
Модифицированием крупнотоннажных полимеров, совершенствованием процессов их производства, качества сырья и методов совмещения компонентов, удается достигнуть существенного повышения качества, как самих полимеров, так и
свойств композитов на их основе, что позволяет расширить ассортимент и области их применения [2].
Результаты и их обсуждение В данной исследование по методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) определено температуры плавления и степени кристалличности композиционных материалов на основе полиэтилена высокой и низкой плотности. Полученные данные сведены в таблицу 1.
Полученные данные ДСК подтверждают повышение теплофизических свойств композитов, содержащих наполнителей высокой степеней. Повышение температура плавления позволяет изготовить из данных полимер композиционных материалов, различные изделия, в частности, оболочков электрокабелов с высокой теплостойкостью. [3;4]
Таблица 1.
Данные ДСК композиций полиэтилена ПЭВП
Состав композиции Начало плавления, То С Пик плавления, Т°С Энтальпия, АН, Дж/г Степень кристалличности а, %
ПЭВП 125 134 182 62
ПЭВП/ВК 126 137 199 68
ПЭВП/ТЭАС/ВК 127 139 193 66
ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВК 129 143 190 65
ПЭВП/БТ 128 140 207 71
ПЭВП/ТЭАС/БТ 130 142 194 66
ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/БТ 132 146 189 65
ПЭВП/ВТ 126 139 196 67
ПЭВП/ТЭАС/ВТ 129 141 192 66
ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВТ 135 142 187 64
В таблице 2 представлены результаты термогравиметрического анализа композиций на основе ПЭВП.
Как видно из таблицы 7, разложение полиэтилена высокой плотности начинается при температуре 4300С, а максимальная скорость термодеструкции наблюдается при температуре 4700С. [4;5]
Таблица 2.
Результаты термогравиметрического анализа композиций на основе ПЭВП
Композиции Тначала разложения, °С Т 50%-ной потери массы, °С Максимальная скорость разложения, мг/оС
ПЭВП 430 470 0,035
ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВК 465 480 0,035
ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/БТ 470 485 0,035
ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВТ 460 475 0,04
Скорость деструкции полиэтилена высокой плотности составляет 0,035 мг/оС.
Масса образца ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВК не меняется до 465°С Выше температуры 465°С, образец начинает разлагаться. При температуре 480°С разлагается со скоростью 0,035 мг/оС, с общей потерей массы 50%.
В композиции ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/БТ наблюдается некоторое повышение температуры разложения. 50%-ная потеря массы наблюдается при 485°С со скоростью 0,035 мг/оС.[5;6]
Введение в композицию волластонита термостабильность не повышается. В композиции ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВТ при 460 °С начинается деструкция. 50%-ная потеря массы наблюдается при 475°С со скоростью 0,04 мг/оС.
Разработанные материалы исследовались на воспламеняемость методом кислородного индекса. При введении в ПЭВП наполнителей, кислородный индекс возрастает с 19 до 26 и 25 % об. соответственно (табл. 3).
АД UNIVERSUM:
№ 8 (74)_ЛД химия и биология_август. 2020 г.
Таблица 3.
Влияние наполнителей на термостойкость и горючесть полиэтилена
Состав композиции Время самостоя-тельного горения, с Потеря массы при поджигании на воздухе, % Кислородный индекс, % об. Начальная температура деструкции, 0С Коксовый остаток при 7000С, % Теплостойкость по Вику, 0С
ПЭВП 240 58 19 280 18 91
ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/БТ; 115 27 25 284 35 101
ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВК; 116 28 26 285 36 103
ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВТ; 115 28 26 283 34 105
Добавление наполнителей в полиэтилена время самостоятельного горения уменьшается в два раза по сравнению с исходным полиэтиленом, а также уменьшается потеря массы при сгорании. [4 ;6]
В статье рассмотрены свойства композиционных материалов, наполненных базальтовыми волокнами.
В таблице 4 приведен сравнительный анализ физико-механических свойств композиционных материалов на основе базальтовых волокон.
Таблица 4.
Сравнение физико-механических характеристик композитов при введении базальтового волокна
Состав композиции Плотность, (при 23°С), г/см3 Ударная вязкость, кДж/м2 о изгиба, мПа о разрыва, мПа Удлинение, % Усадка, %
ПЭВП 0,95 50 24 21 750 3
ПЭВП/БВ 1,1 87 45 46 178 2,6
ПЭВП/ТЭС/БВ 1,25 92 48 51 120 2,0
ПЭВП/ПЭМА/ТЭС/БВ 1,2 98 56 62 84 1,8
ПЭВП/Стекловолокно 1,1 86 52 55 88 2
При создании композиционных материалов были использованы базальтовые волокна, диаметром от 6 мкм до 13 мкм и длиной 140 мкм, обработанные в качестве замасливателя -тетраэтоксиланом (ТЭС). Использование этой системы позволило увеличить адгезию между волокнами и полиэтиленом.
Установлено, что применение БВ позволяет повысить ударную вязкость от 50 кДж/м2 для исходного ПЭВП до 98 кДж/м2 для композиций; прочность при
изгибе (24-56 МПа) возрастает, прочность при разрыве повышается от 21 МПа до 62 МПа для композита с ПЭВП/ПЭМА/ТЭС/БВ. Для определения предельного температурного интервала эксплуатации полиэтилена, наполненного базальтовым волокном, были получены термограммы образцов методом дифференциальной сканирующей калориметрии, определена теплостойкость по Вику. [4;5]
Таблица 5.
Данные дифференциальной сканирующей калориметрии для композитов на основе полиэтилена,
наполненного базальтовым волокном
Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ПЭ Т пл, °С Тпик пл, °С АН, энтальпия, Дж/г Теплостойкость по 0 Вику, С
ПЭВП 125 134 182 136
ПЭВП/БВ 130 142 210 141
ПЭВП/ТЭС/БВ 132 145 196 145
ПЭВП/ПЭМА/ТЭС/БВ 134 148 187 150
При использовании в качестве наполнителя 40 мас.% базальтовых волокон наблюдается небольшой прирост температуры начала плавления, однако температура, соответствующая максимальному эндотермическому эффекту плавления, различен для всех рассматриваемых композитов. Теплостойкость по Вику возрастает со 136°С до 154°С.[5;6]
ВЫВОДЫ. Доказана возможность использования дисперсного вермикулита, базальта и базальтового волокна в качестве наполнителей для полиэтиленовой матрицы.
Показано, что введение в полиэтилен дисперсного вермикулита и базальта позволяет повысить весь комплекс теплостойкости, а также улучшить показатели горючести, разработанные полимерные композиционные материалы (ПКМ).
Список литературы:
1. Полимерные композиционные материалы (часть 1): учебное пособие / Л.И. Бондалетова, В.Г. Бондалетов. -Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. - 118 с.
2. Егорова О.В. Направленное регулирование структуры и свойств полиэтилена, наполненного дисперсными наполнителями / О.В.Егорова, Ю.А. Кадыкова, С.Е.Артеменко // Пластические массы. - 2012. - № 4. - С. 5759.
3. Ней З. Л, Илатовский Д. А., Борисова В.С., Осипчик В.С., Кравченко Т.П. Изучение свойств высоконапол-ненных полиолефиновых композиции //Успехи химии и химической технологии №10 (169) 2015г. С.41-43
4. Нормуродов Б.А., Тураев Х.Х., Джалилов А.Т., Нуркулов Ф.Н., Расулова С.М. Изучение физико-механических свойств полученного полисульфидного олигомера на основе тетрасульфида натрия и фосфата аммония / Universum: химическая технология: электрон. науч. журнал. -2018. -№7 (52).-C.62-65
5. Ней Зо Лин. Технологические и эксплуатационные свойства наномодифицированного полиэтилена. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук .Москва - 2017
6. Тожиев П.Ж., Нормуродов Б.А., Джалилов А.Т., Тураев Х.Х., Нуркулов Ф. Н. Изучение физико-механических свойств высоконаполненных полиэтиленовых композиций / Universum: химическая технология: электрон. науч. журнал. -2018. -№2 (47).-C.62-65
