CC BY
19
УДК 678.5
Шабалтас Ю.А. , Краснов К.В., Кравченко Т.П., Пачина А.Н., Селезнева К.В.
ВЛИЯНИЕ ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ НА ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИПРОПИЛЕНА
Шабалтас Юлия Андреевна, магистрант 2 курса кафедры технологии переработки пластмасс, Краснов Константин Владимирович, инженер-технолог ООО «Поликом», e-mail: k krasnov@live.ru; 142440, Московская обл., Ногинский район, Обухово, ул. Ленина, д. 83;
Кравченко Татьяна Петровна, к.т.н., с.н.с., главный специалист кафедры технологии переработки пластмасс, email: kravchenkopolimer@gmail.com;
Пачина Анжелика Николаевна, аспирант 1 года кафедры технологии переработки пластмасс; Селезнева Кристина Викторовна, студентка 2 курса бакалавриата кафедры технологии переработки пластмасс; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Россия, 125047, Москва, Миусская пл., д. 9.
В работе было проведено сравнение влияния двух видов термоэластопластов на некоторые прочностные свойства полипропилена. Кроме того, показана зависимость изменения свойств полипропилена от количества вводимых термоэластопластов.
Ключевые слова: полипропилен, термоэластопласты, модификация, стирол-этилен-бутилен-стирол, этилен-октеновый сополимер
EFFECT OF THERMOPLASTIC ELASTOMER ON THE STRENGTH OF POLYPROPYLENE
Shabaltas J.A., Krasnov K.V., Kravchenko T.P, Pachina A.N., Selezneva K.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. Compoly, Noginsk district, u-t s. Obuhovo, Russia
In this paper, a comparison was made of the effect of two types of thermoplastic elastomers on certain strength properties ofpolypropylene. In addition, the exhibition of the dependence ofpolypropylene on the number of thermoplastic elastomers added.
Keywords: polypropylene, modification, styrene-ethylene-butylene-styrene, ethylene-octene copolymer.
Введение
На сегодняшний день полипропилен (ПП) является широко распространенным и коммерчески доступным материалом, который имеет ряд преимуществ по сравнению с другими полимерными материалами. Полипропилен обладает повышенной химической стойкостью, имеет высокую прочность и жесткость. Постоянно расширяется спектр применения полипропилена в основных сегментах его потребления - выпуск пленок, листов, труб, тары и упаковки, волокон, нетканых материалов, а также в автомобильной промышленности, тяжелом машиностроении, производстве строительных материалов, медицинских изделий и мебели [1]. Однако применение полипропилена ограничено из-за его низкой ударопрочности, особенно при пониженных температурах,
высокой усадки и хрупкости. Перечисленные
недостатки ограничивают его применение в инженерных областях. Технические требования к авто- и электроприборам из полипропилена предусматривают высокие физико-механические свойства, легкую обработку, эстетичный внешний вид, а также малый вес и низкую себестоимость. Чтобы получить эти свойства, обычно полипропилен смешивают с эластомерами, в результате чего можно получить композиции на основе полипропилена с улучшенными свойствами. Поэтому модификация полипропилена,
в частности, упрочняющая модификация,
стала популярной как на отечественном рынке, так и
за рубежом. Важной особенностью полимерных материалов является их универсальность, так как требуемые свойства могут быть достигнуты за счет использования различных добавок, которые улучшают свойства конечной композиции [2]. Ударная вязкость полипропилена может быть увеличена за счет введения эластомеров, таких как таких как этилен-октеновый сополимер (ЭОС) или стирол этилен-бутилен-стирол (СЭБС) [3]. Некоторые исследования [4-6] показывают, что полимер-эластомер смеси обладают выдающимися физико-механическими свойствами. Благодаря контролируемому добавлению эластомеров могут быть получены материалы, обладающие свойствами, необходимыми для различных сфер применения. Благодаря гибкой структуре блочные сополимеры совместимы со многими пластмассами, в т. ч. полиолефинами, что улучшает их гибкость при низких температурах и ударопрочность.
Смеси, состоящие из полипропилена и термоэластопласта, сочетают в себе эластичность с высокими механическими свойствами при высоких и низких температурах, где сохраняется морфология, представляющая собой две непрерывные фазы в широком диапазоне соотношений компонентов. Экспериментальная часть
При проведении исследования был использован полипропилен марки 01270 «Бален» (производство «УфаОргсинтез»). В качестве модификатора использовали этилен-октеновый сополимер (ЭОС) и стирол-этилен-бутилен-
стирольный сополимер (СЭБС). Модификаторы вводились в полимер в количествах 5; 10; 15; 20 мас. ч. Смеси были получены путем смешения в расплаве на двухшнековом экструдере PSM 30 фирмы «Sino Alloy Machinery» (отношение L/D 40) при температуре по зонам 120-220оС и скоростью вращения шнеков 400 об/мин. После выхода из формующего инструмента экструдаты
гранулировали, высушивали и использовали для изготовления образцов для проведения дальнейшего исследования. Образцы для испытаний изготавливались методом литья под давлением на термопластавтомате МиниТПА-20 (фирма «МиниТПА»). Испытания проводились по методикам в соответствии с ГОСТами. Исследование свойств полученных образцов осуществлялось на разрывной машине Gotech AI-7000S (Gotech Testing Machines) в соответствии с ГОСТ 270-75 по показателям прочности и относительного удлинения. Ударная вязкость по Изоду с надрезом образцов измерялась по ГОСТ 19109-84 при температуре +23оС на маятниковом копре фирмы Gotech Testing Machines.
На рисунке 1 показана зависимость относительного удлинения при разрыве от содержания модификаторов в мас. %. По результатам проведенного эксперимента более высокие физико-механические характеристики наблюдались в смеси, в которой в качестве модификатора был использован этилен-октеновый сополимер. Вероятно, в смеси ПП/ЭОС произошла более качественная дисперсия эластомерной фазы в полипропиленовой матрице, чем в смеси ПП/СЭБС. Как видно из графика, удлинение при разрыве смеси ПП/ЭОС увеличилось с 200% до 320%, а для смеси ПП/СЭБС - с 200% до 281%. Увеличение данной характеристики может быть объяснено тем, что частицы модификатора выступают в данном случае в качестве концентратора напряжений.
а« }30
310-
2W 270 250 230 210 190 170
ППОБС ГШ'ЭОС 320
ai
250,..-....."
I / ________
..................
Х.час. ч
Рис. 1. Зависимость относительного удлинения при разрыве (е) от содержания модификатора (Х) в смеси
Влияние модификаторов СЭБС и ЭОС на прочность при разрыве отображено на рисунке 2. Все полученные смеси обладают более низким пределом прочности по сравнению с исходным материалом. Как видно из графика, некоторые прочностные показатели полипропилена снизилась в присутствии модификаторов. Прочность при разрыве снижалась с увеличением количества модификатора с 30 МПа до 17 МПа для смеси ПП/СЭБС и с 30 МПа до 20 МПа для смеси ПП/ЭОС. Такое существенное снижение прочности при разрыве скорее всего напрямую зависит от природы модификаторов. Прочность
термоэластопластов в чистом виде гораздо ниже прочности полипропиленовой матрицы.
о, МПа
20
ПП/СЭБС 30 — ПГЬ'ЭОС
\ \
V V N J -22 '.....'.......... 21 ^Г""1-------- ' _______20
10
15
X. юс.?,
Рис. 2. Зависимость прочности при разрыве (а) от содержания модификатора (Х) в смеси
Введение как СЭБС, так и ЭОС приводит к значительному увеличению ударной вязкости полипропилена (рис.3). При увеличении содержания модификатора в смеси, ударная вязкость возрастает. Введение в полипропилен 20 мас. % СЭБС позволяет увеличить ударную вязкость более чем в 4 раза. Смесь полипропилена с ЭОС дает результат несколько хуже. Введение 20% модификатора приводит к увеличению ударной вязкости полипропилена примерно в 2,5 раза. Очевидно, СЭБС является более эффективным упрочняющим агентом, чем ЭОС. Частицы модификатора выступают в качестве центра концентрации напряжений. Введение модификатора способствует поглощению энергии развития трещины. Вероятно, частицы модификатора при ударе образуют вокруг себя сеть микротрещин. Частицы модификатора являются искусственно воспроизведёнными слабыми участками в материале. Микротрещины в полимерных цепях распространяются от одной частицы к другой, тем самым препятствуя дальнейшему локальному разрушению образца.
At, 1Дж'м2
71
l 3.i 2
1.5 J .5 1 19 ■1 3 1 31 и 1
о ъ V® ^ го Хюе.%
Рис. 3. Зависимость ударной вязкости с надрезом (Ак) от содержания модификатора в смеси (Х) (1 - ПП/СЭБС; 2 - ПП/ЭОС)
Заключение
Таким образом, на основании проведенных исследований, можно сделать вывод, что введение термоэластопластов в полипропиленовую матрицу в целом благоприятно сказывается на свойствах полипропилена. Показано, что добавление в полипропилен СЭБС и ЭОС позволяет улучшить некоторые прочностные характеристики материала, значительно увеличивает эластичность материала, позволяет получить высокие показатели ударной вязкости. Однако, существенным недостатком остается снижение показателя прочности при разрыве полипропилена. Полученные данные можно использовать для дальнейших исследований, направленных на получение композиционных материалов на основе полипропилена без потери прочности. Также стоит отметить, что путем введения термоэластопластов в наполненные композиционные материалы, можно компенсировать
потерю прочностных свойств вследствие добавления таких наполнителей как мел, тальк и другие неорганические наполнители. Результаты
исследования позволяют сделать вывод о целесообразности использования
термоэластопластов в качестве модификаторов для полипропилена.
Список литературы
1.Хазова Т. Российские полиолефины:тренды развития // Пластикс. - 2017. - №10 (172). - C. 4245.
2.Keledi G., Sudar A., Burgstaller C., Renner K. Tensile and impact properties of three-component PP/wood/elastomer composites // Express Polymer Letters. - 2012. - vol. 6. - pp. 224-236.
3.Chena X., Yub J., Luob Z., Guoc S., Heb M., Zhoua Z. Study on mechanical properties and phase morphology of polypropylene/polyolefin elastomer/magnesium hydroxide ternary composites // Polym. Adv. Technol. -2011. - № 22. - рр. 657-663.
4.Matei Е., Rаps М., Andras А., Predescu А. /Recycled Polypropylene Improved with Thermoplastic Elastomers// International Journal of Polymer Science. -2017. - P. 10.
5.Grein1C, Gahleitner M., Bernreitner K. /Mechanical and optical effects of elastomer interaction in polypropylene modification: Ethylene-propylene rubber, poly-(ethylene-co-octene) and styrene-butadiene elastomers// eXPRESS Polymer Letters. - 2012. -Vol.6. - No.9. - рр. 689-696.
6.Balkan О., Demirer Н., Sabri Kayali E. /Effects of deformation rates on mechanical properties of PP/SEBS blends// Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. - 2011. - vol. 47. - pp. 26-33.
