Влияние жесткой дисперсной фазы на высокотемпературное измельчение термопластов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, Серия Б, ¡997, том 39, № 5, с. 904-906

УДК 541(183+64):539.3

ВЛИЯНИЕ ЖЕСТКОЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ НА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ТЕРМОПЛАСТОВ1

© 1997 г. М. И. Кнунянц, Е. Л. Акопян, Т. В. Белина, С. А. Першин, А. Н. Крючков

Институт синтетических полимерных материалов Российской академии наук 117393 Москва, Профсоюзная ул., 70

Поступила в редакцию 22.10.96 г. Принята в печать 05.12.96 г.

Исследованы особенности высокотемпературного измельчения смесей на основе Г1П. При измельчении смесей на основе ГШ и сгеклобисера удельная поверхность получаемого порошка увеличивается с ростом размера включения. На размер порошка решающее влияние оказывает трение на границе полимер-полимер.

К настоящему времени опубликовано большое количество статей, посвященных процессу высокотемпературного измельчения термопластов. Этим методом можно получать порошки как из некоторых гомополимеров (ПЭНП [1] и ПП [2]), так и практически любых смесей полимеров [3,4], которые индивидуально не поддаются измельчению.

Измельчение ПЭНП и ПП происходит в области фазового перехода (кристаллизации), т.е. когда возникает фазовая неоднородность материала [2,5]. Мы полагаем, что только наличие фазовой неоднородности позволяет осуществлять измельчение смесей неизмельчаемых полимеров. Тогда состояние межфазной границы и размер гетеро-фазы должны оказывать влияние на высокотемпературное измельчение.

Настоящая работа посвящена исследованию влияния жесткой гетерофазы на высокотемпературное множественное разрушение полимеров.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Объектом исследования служили смеси на основе ПП марки 210030 с узкими фракциями стекло-бисера: 0-50, 50-453, 63-100, 100-160, 160-200 мкм. Выбор ПП обусловлен тем, что в процессе его измельчения образуется крупный порошок (-500 мкм), поэтому любое изменение дисперсности порошка в сторону уменьшения или увеличения должно быть хорошо заметно.

1 Работа выполнена при финансовой поддержке Россий-

ского фонда фундаментальных исследований (код проекта 96-03-32666а).

Смешение проводили на одношнековом экструдере с отношением длины червяка к диаметру, равным 13. Были получены смеси ПП с различными фракциями стеклобисера при одинаковой объемной концентрации наполнителя (гетерофазы) - 5%. При такой концентрации включений возмущения, вносимые гетеро-фазной частицей, практически не распространяются на область другой частицы. Чистый ПП и его смеси измельчали по методике [2], поддерживая на выходе зоны измельчения температуру 50-60°С.

Площадь поверхности порошков определяли методом низкотемпературной адсорбции аргона из аргоно-гелиевой смеси (концентрация аргона 20%) на приборе ГХ-1. Удельная поверхность полученных порошков составляла величины порядка 0.5 м2/г. Возможность применения использованной методики для порошков со сравнительно небольшой удельной поверхностью обоснована в работе [5]. Необходимо, однако, отметить, что истинные значения площади поверхности порошков могут отличаться от получаемых по применяемой методике.

Коэффициент трения определяли на испытательной машине МПТ-1. На подвижной части машины укрепляли пластину толщиной 1.5-2 мм, а на неподвижной - три бруска сечением 4x5 мм. Образцы испытывали при нагрузке 10 Н, относительной скорости скольжения образцов 200 мм/мин и медленном сканирования по температуре (0.5 град/мин).

Деформационные испытания проводили на машине 2038Р-005 при скорости растяжения 20 мм/мин. Образцы представляли собой двусторонние лопатки с рабочей частью- 35 х 5 мм

ВЛИЯНИЕ ЖЕСТКОЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ

905

50 150 О, мкм

Зависимость коэффициента трения К пары полимер-полимер (}) и удельной поверхности 5уд порошков смеси ПП и стеклобисера (2) от размера й стеклобисера. Крестиками показаны значения для чистого ПП.

и толщиной 2 мм, которые изучали при температуре измельчения полипропилена (125°С).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Исследования показали, что образцы растягивались с образованием шейки; естественная степень вытяжки ~4, предел текучести от = 5.5 МПа и предел пластичности Ощ, = 4.2 МПа. Единственное выпадающее значение ат наблюдается для композиции при размере частиц стеклобисера менее 50 мкм, и оно составляет 6.5 МПа. При дальнейшем деформировании ПП отслаивается от

Механические характеристики полипропилена и смесей полипропилена с 5% стеклобисера в зависимости от размеров частиц наполнителя О (125°С)

Э, мкм ор, МПа От, МПа Ом, МПа £р,%

- 11.3 5.5 4.2 2800

<50 8.3 6.5 4.2 2000

50-63 8.2 5.4 4.2 2100

63-100 7.4 5.6 4.2 1800

100-160 8.8 5.2 4.2 2200

160-200 9.5 5.6 4.2 1900

стеклобисера и образуются поры веретенообразной формы. Разрывное удлинение £р для наполненного ПП составляет 2800%, а для наполненного незначительно варьируется вблизи 2000% (таблица).

Данные по коэффициенту трения К пары полимер-полимер представлены на рисунке. Для всех композиций наблюдали монотонное увеличение К с повышением температуры. Наибольший коэффициент трения соответствует размеру включений 160-200 мкм. При уменьшении размера включений К уменьшается, достигая минимума при 50 мкм и далее несколько возрастает.

Результаты измерения удельной поверхности порошков Зуд в зависимости от размера включения £ приведены на рисунке. Видно, что 5уд порошков, полученных из смесей, существенно превышает 5уд порошка ПП и растет с увеличением размера наполнителя. Сравнение 5уд и К показывает, что эти величины изменяются подобным образом. В частности экстремальному значению К (при размере частиц 50-63 мкм) соответствует минимальная площадь поверхности ПП порошка. Однако образцам с максимальными значениями от (частицы наполнителя меньше 50 мкм), ар (ПП без наполнителя и с наполнителем размером 160-200 мкм) и ер (ПП без наполнителя) соответствуют отнюдь не минимальные значения 5УД.

По-видимому, размер жестких включений, не оказывающих значительного влияния на деформационно-прочностные характеристики материала, является важным фактором, влияющим на коэффициент трения, и таким образом определяет размер порошка, получаемого при высокотемпературном измельчении.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ЕтЫоршп N.3., Акор1ап ЕЬ., ШШ^ки У.в. // Мак-гошо1. СЬеш., БиррК 1984. № 6. Р. 316.

2. Ерина Н.А., Потапов В.В., Компанией, Л.В., Кнунянц М.И., Карцовник В.И., Прут Э.В., Ениколо-пян Н.С. // Высокомолек. соед. А. 1990. Т. 32. № 4. С. 766.

3. Хачатрян А.М. Дис.... канд. хим. наук. Ленинакан: Филиал Ереванского политехи, ин-та, 1986.

4. Кнунянц М.И., Дорфман И.Я., Крючков А.Н., Прут Э.В., Ениколопян Н.С. // Докл. АН СССР. 1987. Т. 293. №6. С. 1409.

5. Кнунянц М.И., Акопян ЕЛ., Белина Т.В., Пер-шин С.А., Крючков А.Н. // Высокомолек. соед. Б. 1997. Т. 39. № 5. С. 899.

10 ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Серия Б том 39 № 5 1997

906

KHYHHHU h «p.

The Effect of Rigid Disperse Phase on High-Temperature Grinding of Thermoplasts

M. I. Knunyants, E. L. Akopyan, T. V. Belina, S. A. Pershin, and A. N. Kryuchkov

Institute of Synthetic Polymeric Materials, Russian Academy of Sciences, ul. Profsoyuznaya 70, Moscow, 117393 Russia

Abstract—High-temperature grinding of the PP based compositions was studied. On the grinding of a polymer-glass bead mixture, the specific surface area of the powder increases with the size of beads. The dimensions of the powder obtained is primarily governed by friction at the polymer-polymer boundaries.

BblCOKOMOJIEKYJIflPHblE COEflHHEHHfl Cepna B tom 39 № 5 1997