CC BY
41
УДК 678.5
Редькина А.А., Осипчик В.С., Елбакиева А.В., Мавуришнина А.С., Орозбекова Д.Р. ВЛИЯНИЕ ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ НА СВОЙСТВА ПОЛИКАРБОНАТА
Редькина Александра Андреевна, аспирант кафедры технологии переработки пластмасс; [email protected]
Осипчик Владимир Семенович, д.т.н., профессор кафедры технологии переработки пластмасс; Елбакиева Алана Вячеславовна, студент 4 курса бакалавриата кафедры технологии переработки пластмасс; Мавуришнина Анастасия Сергеевна, студент 4 курса бакалавриата кафедры технологии переработки пластмасс; Орозбекова Дарья Ратбековна, студент 4 курса бакалавриата кафедры технологии переработки пластмасс. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9
В работе было проведено исследование влияния термоэластопластов на свойства поликарбоната. Показана зависимость данных свойств композитов от концентрации модификаторов, которая позволила установить оптимальную дозу, увеличивающую показатели физико-механических свойств композитов на основе поликарбоната.
Ключевые слова: полимерные композиты, поликарбонат, термоэластопласт, прочность, ударная вязкость
PROPERTIES OF NANOCOMPOSITES BASED ON HIGH DENSITY POLYETHYLENE
Redkina A.A., Osipchik V.S., Elbakieva A.V., Mavurishnina A.S., Orozbekova D.R. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The work was the study of the influence of thermoplastic elastomers on the properties of the polycarbonate. The dependence of these properties of the composites on the concentration of the modifiers, which allowed establishing the optimal dose, increasing the physico-mechanical properties of the composites based on polycarbonate.
Keywords: polymer composites, polycarbonate, thermoplastic elastomer, strength, impact strength
Развитие современного мира трудно представить без создания полимерных смесей с улучшенными свойствами, так как традиционные полимеры в определенной степени утратили свои позиции на рынке. Одним из основных способов нахождения новых полимерных композиций, удовлетворяющих своими характеристиками требованиям различных отраслей промышленности и жизнедеятельности, является модификация существующих полимеров и создание полимерных композитов. В настоящей работе были проведены исследования влияния термопластичных стирольных эластомеров на свойства поликарбоната (ПК) с целью получения материала с повышенными деформационно-прочностными характеристиками.
Термоэластопласты используются в качестве готовых материалов для переработки в конечные изделия, а также как эластичный, адгезионный модификатор. В настоящей работе для модификации поликарбоната (ПК) были подобраны следующие термоэластопласты (ТЭП):
1) СБС компании Globalprene 3411 (твердая крошка белого цвета c 30%-м содержанием стирола, летучих веществ не более 0,5%, плотность: 0,20 -0,45 (г/см3);
2) материал марки SEBS 9551 производителя «LCYChemicalCorp.» Taiwan (белый непылящий порошок, удельный вес 0,91 г/см3, массовая доля летучих веществ не более 0,5%).
Предварительно поликарбонат марки Lexan 124R сушили в термошкафу при 120 оС в течение 4-6 часов. Затем ПК, а также модификаторы взвешивали на электронных весах с точностью до 0,01г и
перемешивали на лабораторном ленточном смесителе со скоростью 30с-1. Основное смешение компонентов происходит в расплаве в цилиндре экструдера. Экструдирование материала на основе поликарбоната производилось на лабораторном экструдере (отношение L/D — 3,7) при температуре 230±5 °С. Скорость вращения шнека 20 об/мин. Полученный компаунд в виде гранул цилиндрической формы (=3мм) засыпали в загрузочный бункер и получали изделия на термопластавтомате модели KuASY,
предназначенный для изготовления изделий методом литья под давлением из термопластов с объемом выпуска не менее 16 см3 с температурой пластикации до 350 оС.
На первом этапе работы было приготовлено несколько композиций с различным содержанием наполнителей: 1 масс. %, 2 масс. %, 5 масс. % смесь ПК с СБС и такие же концентрации для смесей с добавлением СЕБС [1, 2].
Сравнение показателей текучести расплава (ПТР) и общая таблица физико-механических свойств полученных композитов на основе ПК с добавлением ТЭП представлены на диаграмме 1 и в таблице 1.
Полимерные молекулы могут проскальзывать между обработанными частицами наполнителя, испытывая меньшее функциональное
сопротивление. Эти данные свидетельствуют об увеличении подвижности молекулярных цепей и сегментов макромолекул в модифицированных композициях.
Из диаграммы 1 можно увидеть, что с добавлением термоэластопластов показатель текучести расплава (ПТР) увеличивается, что свидетельствует об уменьшении вязкости и возможности облегчения процесса переработки таких композитов.
Однако, в композиции с добавлением СЕБС в количестве 5 масс. % наблюдается резкое снижение ПТР на 20%, что может повысить энергозатратность процесса переработки.
ПТР.
1 2 3 4 5 6 7
Диаграмма 1. ПТР композиций на основе ПК с модификаторами: 1 - ПК исходный; 2 - ПК+СБС 1%; 3 -ПК+СБС 2%; 4 - ПК+СБС 5%; 5 - ПК+СЕБС 1%; 6 -ПК+СЕБС 2%; 7 - ПК+СЕБС 5%
Таблица 1. Сравнительная таблица физико-механических свойств полученных композитов
Композиция А, кД (ж/м2 о изгиба, МПа е, % Технолог. усадка, %
Без надреза С надрезом
ПК ^ехап) 88 17 87 60 0,71
ПК+СБС 1% 21 40 82 13 0,45
ПК+СБС 2% 22 41 84 20 0,47
ПК+СБС 5% 110 123 75 16 0,33
ПК+СЭБС1% 101 23 78 16 0,76
ПК+СЭБС2% 52 39 74 21 0,70
ПК+СЭБС5% 94 36,5 72 35 0,77
ПК - поликарбонат, СБС - стиролбутадиенстирол, СЕБС - стиролэтиленбутадиенстирол, А -ударная вязкость, о изгиба - предел прочности при изгибе, е - относительное удлинение
Введение малых количеств СЕБС (1-5 масс. %) способствует росту ударной вязкости образцов с надрезом более чем в 2 раза. Прочность при изгибе и разрыве остается практически неизменной, относительное удлинение носит экстремальный характер с минимумом, при этом усадка образцов или не меняется, или незначительно увеличивается, обеспечивая размерную стабильность изделий (таблица 1). Кроме того, введение СБС положительно влияет на деформационно-прочностные характеристики композитов на основе ПК. С увеличением содержания последнего наблюдается рост ударной вязкости в 2 раза, а также незначительно увеличивается прочность при разрыве. Принцип модификации, по-видимому, заключается в диспергировании в полимерной матричной фазе эластичных микрочастиц, которые в период концентрации напряжений удара способствуют образованию вокруг них сетки микротрещин и одновременно, эластично деформируясь, предотвращают прорастание микротрещин в магистральную трещину. Из теории упрочнения хрупких полимеров эластомерами следует, что эффект повышения ударной вязкости достигается лишь в том случае, если каждая частица эластомера будет способствовать дроблению дошедшей до нее трещины (диаграмма 2).
А, кЛж.м-
12 3 4 5 6 7
<трязр., .МП»
Диаграмма 2. Влияние термоэластопластов на ударную вязкость (а) и прочность при разрыве (б) композиций на основе ПК:1 - ПК исходный; 2 - ПК+СБС 1%; 3 -ПК+СБС 2%; 4 - ПК+СБС 5%; 5 - ПК+СЕБС 1%; 6 - ПК+СЕБС 2%; 7 - ПК+СЕБС 5%
Наряду с уникальным комплексом свойств поликарбонат имеет следующие недостатки: низкая трещиностойкость, низкая стойкость к УФ излучению. На диаграмме 2 хорошо заметен рост ударной вязкости образцов с надрезом у композиции, модифицированной СБС в количестве 5 масс %.,- в 6 раз. Изучение деформационных свойств термомеханическим методом полученных композиций проводили в интервале температур 55200 °С при скорости нагрева 1-1,5°С/мин. Установлено, что при содержании СБС 5 масс. %, температура стеклования поликарбоната смещается в область более низких температур, что скорее всего связано с пластифицирующей ролью СБС, так как его температура течения лежит в области 170-180°С. Однако, при содержании термоэластопласта до 5 масс. % температура стеклования поликарбоната или не изменяется, или незначительно растет (диаграмма
3).
мм
1.8
1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 О
95 105 115 125 135 145 155 165 175 185 1Э5 205Т, °С
Диаграмма 3. Зависимость деформации от температуры
композитов на основе ПК: 1 - ПК исходный; 2 - ПК+СБС 1%;3 - ПК+СБС 2%; 4 -ПК+СБС 5%
На основании проведенных исследований было выявлено, что введение в ПК термоэластопластов благоприятно влияет на свойства ПК. Введение СБС,
СЕБС увеличивает ударные характеристики и эластичность материала, позволяет снизить внутренние напряжения, тем самым повышая трещиностойкость композиционного материала, а также способствует повышению технологичности процесса переработки.
Список литературы
1. Запорников, В. А., Захаров, Д. Б., Кравченко, Т. П., Мишурова, М. В., Осипчик В. С., Редькина, А. А. Исследование структурных и прочностных характеристик модифицированного поликарбоната // Пластические массы.- 2014.- № 3-4.- С. 3-6.
2. Запорников, В. А., Осипчик, В. С., Редькина, А. А. Влияние модифицирующих добавок на технологичность и физико-механические свойства поликарбоната // Химия и химическая технология. Изв. вузов.- 2014. Т. 57.- № 4.-С. 65-67.
3. Ношей А., Мак-Грат Дж., Блок-сополимеры, пер. с англ..- М.: Мир, 1980.- 478 с.
4. Пол Д., Ньюмен С. Полимерные смеси, Т. 2.- М.: Мир ,1981.- 455 с.
5. Функциональные наполнители для пластмасс / под ред. М. Ксантоса; пер. с англ. под ред. Кулезнева В.Н. - СПб: Научные основы и технологии, 2010. - 461 с.
6. Кербер М.Л. Термоэластопласты // Энциклопедия полимеров. - Т. 3. - М.: Советская энциклопедия.- 1977. - С. 638-641.
7. Хараев А.М. Композиционные материалы на основе поликарбоната // Пластические массы. -2006. - №6. - С. 44-52.
8. Смирнова О.В., Ерофеева С.Б. Поликарбонаты.- М.: Химия, 1975.- 288 с.
9. Коваль В.Н. Смесевые ударопрочные материалы на основе поликарбоната: Автореф. дис.канд.техн. наук.- Гомель, 1999. - 22 с.
