Разработка композиционных материалов на основе полиолефинов, содержащих порошки сшитых полимеров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.19 ВАК РФ

1 90

V\ ИН ИСТЕ

1 ЛГИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УзССР

ТАШКЕНТСКИЙ ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени АБУ РАЙХАНА БЕРУНИ

На правах рукописи

КОБЕЛЕВ Игорь Александрович

РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИОЛЕФИНОВ, СОДЕРЖАЩИХ ПОРОШКИ СШИТЫХ ПОЛИМЕРОВ

Специальность 01.04.19 — 05.02.01 —

Физика полимеров Л\атериаловедение к машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученом степени кандидата технических наук

Ташкент — 1990

\

Работа выполнена в научно-исследовательском отделе .«Композиционные и полимерные материалы» Ташкентского машиностроительного института

Научные руководители: член-корреспондент АН УзССР,

доктор технических наук, профессор Негматов С. С.,

кандидат технических наук Маткаримов С. X.

Научный консультант: кандидат технических наук

Пак И. И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Перов Б. В.,

доктор технических наук, профессор Васильев Ю. Н.

Ведущая организация: Ташкентское научно-производственное объединение «Технолог»

Защита состоится « ^ 1990 г. в /О

часов на заседании специализированного совета К. 067.03.09 при Ташкентском ордена Дружбы пародов политехническом институте имени Абу Ранхана Беруни но адресу: г. Ташкент, Вузгородок, отдел «Композиционные и полимерные материалы», зал заседании.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Ташкентского политехнического института.

Автореферат разослан «_ /7» О/сЫгЛИя 1990 г.

Отзыв просим направлять в 2-х экз. по адресу: 700095, г. Ташкент, ул. Мирошкинон 2, Вузгородок, ТашПИ, глав-лын корпус, Ученому секретарю.

/ Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор

Л. А. Л\УХАЛ\ЕДОВ

'iîi исЛМ

ЕЦИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРЮТ1КА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие техники и технологии предъявляет все более широкие требования к материалам, используемым в производства различных изделий технического и бытового назначения. К такт) требованиям относится необходимость сочетания высоких .деформационно-прочностных свойств и стойкости к ударным нагрузкам с- хорошей технологичностью, стойкостью к воздействию высоких температур в процессе переработки в изделия, а также к старению под воздействием атмосферных факторов. Кроме того, существенным является требование снижения стоимости материалов. Задачи такого рода в полимерном материаловедении решаются, в частности, путем введения в гомополимеры различных наполнителей и модифицирующих добавок.

С другой стороны, все острее ставится вопрос о необходимости утилизации полимерных отходов, образующихся в сфере производства и потребления. Актуальной задачей в данном направлении является переработка и повторное использование отходов сшитых полимерных материалов, в частности, радиационно-модифицированншг полиэтиленоз и вулканизованных резин.

Одним из наиболее крупнотоннажных классов полимеров являются полиолефины. Известны способы получения композиций на их основе путем введения различных по природе и свойствам наполнителей, модифицирующих добавок, смешения гомополимеров. Однако использование в -композициях полиолефинов порошков сшитых полимеров до настоящего времени не получило широкого распространения, практически не изучены структура и свойства таких композиций.

Введение в полиолефины порошков сшитых полимеров, а такжэ и* смесей с минеральными наполнителями, открывая широкие перспективы для исследований, позволяет получать высоконаполнешше композиции с широким диапазоном свойств, которые могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства. При этом обеспечивается решение задач расширения сырьевой базы производства полимерных изделий и сни.гения их стоимости, утилизации отходов производства и охрани окружающей среды.

Таким образом, разработка выесыонаполноннкх композиционны:; материалов на основе полиолефинов, содержащих порошки сжшх полимеров, а также их смоск « твердыми дпепореш.г/и нппогнггокк»», исследование структуры и свойств таких мчтарточ ям.-п-Т'.л м ту-

альной задачей, имеющей научную и практическую ценность.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ отдела "Композиционные и полимерные материалы" в рамках общесоюзной научно-технической программы на 1986-1990 года 0.72.08 "Создать и освоить высокоэффективные композиционные полимерные материалы и изделия из них и технологические процессы их производства".

Цель работы состоит в исследовании и разработке композиций на основе полиолефинов, содержащих порошки сшитых полимерных наполнителей, а также их смес.и с твердыми дисперсными наполнителями, с улучшенными деформационными свойствами и стойкостью к ударным нагрузкам.

Для реализации указанной цели были поставлены следующие задачи:

- исследовать структуру и комплекс свойств композиций на основе полиолефинов, содержащих порошки сшитых полимерных наполнителей, а также их смеси с твердыми дисперсными наполнителями;

- изучить влияние вида и гранулометрического состава наполнителей, степени наполнения на структуру и свойства композиций;

- выявить закономерности изменения структуры и свойств композиций па основе полиолефинов в зависимости от соотношения сшитых полимерных и твердых дисперсных наполнителей;

- исследовать возможность модификации каучуком композиций на основа полипропилена, содержащих резиновый порошок в смеси с уолом;

- исследовать влияние технологии приготовления смеси резинового порошка с каучуком на деформационно-прочностные свойства композиций на основе полипропилена;

- разработать высоконаполненные композиции на основе полиолефинов.

Научная новизна. Проведено систематическое исследование , комплекса технологических и эксплуатационных свойств высокона-пслненных композиций на основе полиолефинов, а также взаимосвязи свойств со структурными изменениями, происходящими в композициях при изменении соотношения наполнителей.

Показана возможность и промышленная целесообразность применения в композициях полиолефинов сшитых полимерных наполнителей, а также их смесей с минеральными наполнителями. •

Впервые исследованы структура и свойства композиций на

основе,полиолефинов, содержащих порошки сшитых полиэтиленов, а также концентрат резинового 'порошка с каучуком.

Обосновано, что введение сшитых полимерных наполнителей в композиции полиолефлнов с минеральными наполнителями позволяет повысить их деформационные свойства, стойкость к ударным нагрузкам, а также к термоокислительцой деструкции и старению под действием атмосферных факторов.

Обоснована и показана возможность регулирования свойств композиций путем изменения соотношения сшитых полимерных и твердах дисперсных наполнителей.

Практическая значимость работы. Предложены методы повышения деформируемости и ударопрочности наполненных минеральными наполнителями полиолефинов введением в них сшиты* полиэтилзнов, а также резинового порошка в смеси с каучуком.

Определены оптимальные технологические параметры процесса упруго-деформационного измельчения, позволяющие получать тонкодисперсные порошки сшитых полиэтиленов и резин.

Разработаны высоконаполненные композиции на основе полиолефинов, содержащие до 110 масс.ч. наполнителей на 100 масс.ч. полимера и обладающие различными, в зависимости от содержания и соотношения наполнителей, свойствами.

В итоге практической апробации результатов работы предложены направления использования разработанных материалов и методы их переработки в конкретные виды изделий. Получены опытные корпусные, изделия и детали рабочих органов оборудования текстильной промышленности, различные вида технологической иногооперациопной и транспортной тары.

Внедрение композиций на основе полиэтилена в производство корпуса изделия Ш-ЮА на производственной базе РИЦ "Росполимер" позволило получцть годовой экономический эффект 36,6 тыс. руб.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены: на II Всесоюзной конференции по композиционным полимерным материалам и их применению в народном хозяйстве (Ташкент,

1983), на Всесоюзной научно-технической конференции "Эксплуатационные свойства конструкционных полимерных материалов" (Нальчик,

1984), на ПИ Всесоюзной конференции по коллоидной химии I! физико-химической механике (Ташкент, 1983/, на I Всесоюзной конференции "Пути повышения эффективности использования вторичных полимерных оосурсов" (Кишинев, 1985), на У1 Всссоччном сьочде гю теороти-

ческой и прикладной мзханике (Ташкент, 1987), на П Всесоюзном симпозиуме "Биотехнические и химические методы охраны окружающей среде" (Самарканд, 1988), а также на'научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Ташкентского ордена Дружбы народов политехнического института имени Абу Райхана Беруни (1983-1989 г.г.).

Публикации. По результа*ам выполненных в рамках диссертационной работы исследований опубликовано II статей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованных источников, содержащего Мб наименований, и приложений; изложена на /5*9страницах машинописного текста, содержит рисунка, /'¿таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы с обоснованном актуальности решаемой задачи.

В первой главе проанализировано современное состояние в области разработки композиционных полимерных материалов на основе полиолефинов и их смесей. Рассмотрены методы, применяемые с целью получения материалов с широким спектром свойств и расширения областей их применения. Проанализированы преимущества смесей полиолефинов перед гомополимерами и особенности структуры и свойств таких материалов.

Рассмотрены достижения в области разработки композиций полиолефинов с различными наполнителями, проанализированы недостатки выооконаполненных композиций и метода их устранения путем введения эластомеров и других модифицирующих добавок.

Уделено внимание проблеме использования сшитых полимерных наполнителей в композициях полиолефинов.

На основании анализа современного состояния проблемы сформулированы цель и задачи работы.

Вторая глава содержит характеристику объектов исследования, технологии получения сшитых наполнителей, изготовления образцов для испытаний, а также описание методов исследования.

На основании литературных данных и предварительной оценки ''bcKctd полиолефинов и композиций m их основе в качестве базо-«vx г.чбраны следующие полимеры:

- полиэтилен низкого давления ( ПЭ1Щ ) марки 20900-040, ГОСТ 16338-85;

- полиэтилен высокого давления ( ПЭВД ) марки 15803-020, ГОСТ 16337-80;

- полипропилен ( ПП ) марки 21060, ГОСТ 26996-86.

В качестве сглтых полимерных наполнителей в работе использовались порошки, пмученные упруго-деформационным измельчением:

- отходов производства радиационно-модифицирсванных терм,~/у с.вживающихся трубок, ТУ 6-19-229-86 (сш.ПЭВД);

- смеси си.ПЭВД и сш.ПЭВД в соотношении 1:1,(сш.ПЭ). Сш.ПЭВД, входящий в состав смеси' представляет собой отхода производства радиацпонно-хголически модифицированных труб для подвода горячей воды, ТУ 6-19-061-520-04;

- подошвенной резины и формовой резины марки ЗРИ.

В работе использовались фракции порошков сшитых г!ол:ют;г..>--нив с размерами частиц до 90 мкм и до 250 мкм; резиновая пор.".:: ,; марки ПР-03, полученный по промышленной технологии (ТУ 400-7-0525-85), из резин обоих видов имел размер! частиц 10-300 мкм.

С ц?лыэ исследования влияния вида наполнителя на сноНет.т; «оппозиций били выбраны следующие тверда? дисперсные наполнители, раэличзв-шся по природе и форме частиц: карбонат калымя ( мал ), ТУ 6-18-38-85; микротальк ( тальк ), ГОСТ 19729-71; древесная мука, получзнная упруго-деформационным иэмзльчгжкс:: щепы дерева .лиственных пород.

Дано обоснование использования в качестве модификатора в композициях на основе полипропилена этилен-пропиленового каучука СКйПТ—40 - сополимера этилена с пропиленом с небольшим кочп-чеством (0,3-2??.. мол.) диенового мономера.

Приведены метод!,I и технологические режимы приготовления образцов для испытаний.

Дисперсный анализ наполнителей проводили методом сз плантации на цэнтрйбелном взйовом седиментоматра СВ-3, воздушно-струйным просевом на сепараторе фирмы "Альлпне", оптическим методом на анализаторе изображений "Маджискан-Й".

Испытания физико-механических свойств композиций при растяжении проводили на разрывной машине ГР-1 на образнах-лопатк^х №5"Согласно ГОСТ 11262-80; стойкости к ударным нагрузкам - на маятниковом копрэ согласно ГОСТ 4647-80,

Модуль упругости при растяжении определяли согласно ГОСТ 9550-81. Показатель текучести расплава согласно ГОСТ 11645-73 ■ и реологические характеристики компрэиций определяли на капиллярном вискозиметре ИИРТ.

Динамический модуль упругости, удельную теплоемкость, температуры плавления и текучести, степень кристалличности полимерной матрицы определяли по методикам и на установках, разработанных отечественными исследователями.

Дифференциально-термический анализ проводили на дериватог-рафе системы Ф.Паулик, И.Паулик, Л.Эрдеи и на дифференциальном сканирующим калориметре "Дюпон-2000".

Рентгеноструктурный анализ проводили на приборе ДР0Н-УМ1. Микрофотографии сколов образцов получены на электронном микроскопе типа РЭМ-200.

Третья глава посвящена исследованию структуры и свойств • композиций на основе полиолефинов, содержащих поршни сшитых полиэтиленов.

На основании экспериментальных данных показано (рис.1), что при высоких степенях наполнения композиции ПЭНД с сш.ПЭВД обладают определенными преимуществами перед композициями с твердыми дисперсными наполнителями, выраженными в сохранении достаточно высоких значений прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве.

Введение сшитых полиэтиленов'в различные виды полиолефинов оказывает разное влияние на их деформационно-прочностные свойства 1рис.2). Так, введение в ИЭНД сш.ПЭВД приводит к некоторому снижению Ор.м.. В олз^ае композиций на основе ПЭВД значение Ор.м., проходя через минимум, возрастает с повышением содержания наполнителя, а при степенях наполнения свыше 70$ превышает значение для ненаполненного ПЭВД. Композиции на основе обоих видов полиэтилена характеризуются также достаточно высокими значениями £р-.

Введение же сщитых полиэтиленов в полипропилен приводит к резкому снижению вр.м. и, особенно, &р., которое при степенях наполнения выше 10% снижается на два порядка. Это, очевидно, связано с высокой неоднородностью смесей полипропилена с свитым

полиэтиленом в силу их низкой эксплуатационной совместимости,

#

«то имеет место и дчч смесей полипропилена с необпу^енннм поли-:>т1н'-ном.

Рис Л. Зависимости прочности при растяжении (----) и относительного удлинения при разрыве (---> композиций

на основе ПЭНД от содержания ош.ПЭВД (I), мела (2), талька (3) и древесной муки (4).

Рис.?.. Заипсимости прочности при растяжении (----1 и относительного удлинения при разрыве (- - -) от содс-ру»-нап сга.ПЭ и композициях на осноао ПП (П, ПГ,:]Д ('/.) и'ПОЭД (3).

Сравнение влияния на свойства композиций двух видов сшитых полимерных наполнителей показало, что более высокое 'значение имеют композиции с сш.ПЭ, однако композиции ПЭВД с сш.ПЭВД характеризуются значительно более высокими деформационными свойствами.

Зависимость <эр.м. композиций на основе ПЭВД от содержания сш.ПЭВД в целом коррелирует с зависимостью степени кристалличности, однако до определенных степеней наполнения значения бр.м. композиций близки к значениям для исходного ПЭВД, тогда как степень кристалличности снижается. Это позволило предположить наличие сильного взаимодействия на границе раздела фаз полимерная матрица - сшитый полимерный наполнитель. Данный вывод подтверждается данными электронно-микроскопических исследований: на микрофотографиях сколов образцов исследуемых композиций видна размытая граница раздела фаз ПЭНД - сш.ПЭВД в отличие от резкой границы раздела фаз у композиций ПЭВД с мелом.

Наличие единичных пиков плавления на температурной зависимости удельной теплоемкости и кривой ДТА композиции ПЭНД с частично кристаллическим сш.ПЭВД свидетельствует о том, что взаимодействие между компонентами выражается в их сплавлении. При атом возможно' образование взаимопроникающих структур, которое, однако, ограничивается наличием поперечных связей между макромолекулами сшитого полиэтилена. В результате частицы сшитого полиэтилена о значительной мере сохраняют в композиции свои размеры и форму и отчетливо видны на поверхности скола.

■ Исследования фи з и к огмехан и че с к их свойств композиций на осно-по ПЭВД от соотношения наполнителей показали (рис.3), что при введении малых количеств сш.ПЭВД в композиции ПЭНД с мелом 6р.». розко снижается. При этом, в результате нарушения процесса кристаллизации, определяемого, как известно, минеральным наполнителем, в композиции образуется дефектная кристаллическая структура. Об этом свидетельствует снижение степени кристалличности, температур плавдения и текучести. Повышение же содержания сш.ПЭВД в композиции приводит к возрастанию этих показателей. Это, очевидно, связано с тем, что при повышении содержания сшитого наполнителя его частицы Солее равномерно распределяются в композиции и, выполняя наряду с частицами,мела роль центров кристаллизации, задают процессу кристаллизации свою скорость. При этом возраста-

а)

Соотношение твердый нап-ль/сщ. полиэтилен б)

Рис^З. Зависимости прочности при растяжении (----)■) относительного удлинения при разрыве .(---) -' а); ударной вязкости по Шарпи без надреза - б) композиций на основе П311Д от соотношений: мел/са.ПЭЦЦ (I), мол/сга.ПЭ (2), тальк/ сш.ПЭЦЦ (3) и дроиеснг.н.мука/сш.ПЭ (4). Общая сто-.ен', наполнения - 20?' об." (Т,.°,3) и ЗУ' об. (■!'.

ет степень кристалличности композиций и, соответственно, бр.н..

Введение сш.ПЭВД в композиции ПЭНД с тальком приводит к • снижению бр.н., что, очевидно, связано .с ослаблением в присутствии сшитого наполнителя взаимодействия полимерной матрицы с усиливающим чешуйчатым наполнителем.

Повышение относительного удлинения при разрыве и ударной вязкости по Шарпи при введении в композиции сшитых полиЗтиленов, очевидно, связано с повышением определяющей эти показатели молекулярной подвижности полимерной матрицы в результате ее взаимодействия с частицами сшитого полимерного наполнителя.

Экспериментальные данные показали, что характеры изменения свойств композиций на основе разных видов полиэтилена при введении в них сшитых полиэтиленов и изменении соотношения наполнителей аналогичны, что позволило предположить аналогию и в структурных изменениях. Введение же сшитого полиэтилена в композиции на основе полипропилена не отвечает задаче повышения деформируемости и ударопрочнос.ти.

Сравнение свойств композиций, содержащих сшитые полимерные и твердые дисцерсные наполнители в различных сочетаниях и соотношениях показало, что лучший комплекс деформационно-прочностных свойств обеспечивает введение в полиэтилен сш.ПЭВД в смеси с мялом.

Исследования реологических свойств показали, что композиции ПЭЦД, содержащие сш.ПЭЦЦ в смеси с мелом, характеризуются аномалией вязкости, тем более выраженной, чем выше содержание и них сшитого полиэтилена. Это, очевидно, связано с тем, что частицы последнего под действием напряжения сдвига ориентируются и вытягиваются по направлению течения. При этом снижается сопротивление течения и, соответственно, вязкость композиции.

Исследование термоокислительной деструкции композиций на основе ПЗЦЦ, наполненных порошками сшитых полиэтиленов з смеси с мелом и тальком, показали, что температурные интервалы окисления и температура качала деструкции определяются содержанием в композициях сшитых полиэтиленов и сдвигаются в сторону более высоких температур при повышении их содержания. Причем лучший т'грче^.табплизиручиий эффект достигается при введении в ПЭВД и 11'п К'.и'чопппии с минорачыптми наполнителями сш.ПЭВД.

i

Для практической редлиотши результатов исследований были

проведены испытания деформационно-прочностных свойств композиций на основе ПЭНД на образцах, полученных литьем под давлением. С применением метода математического планирования эксперимента рассчитаны уравненгя регрессии, представляющие математичзскую модель изменения свойств композиций в зависимости от их состава. Графическая интерпретация математической модели представлена в работе в виде диаграммы, позволяющей прогнозировать свойства и подбирать составы композиций в соответствии с требованиями к материалам для производства конкретных изделий.

Четвертая глава посвящена исследованию структуры и свойств высоконаполненных композиций на основе полипропилена, содержащих в кзпестве сшитого полимерного наполнителя резиновый порошок (И1), а также мел.

Наполнение полипропилена резиновым порошком из подошвен- ' ной резины, так лее, как и мелом, приводит к снижении (эрм и £р композиций. В то же время Q-п вплоть до содержания обоих наполнителей 20% об. практически неизменна. Введение же 15-20 масс.ч. ГО в композицию полипропилена с 60 масс.ч. (около 20% об.) мела не приводит к существенному изменению Ори и CLn (рис.4). При этом, однако, происходит дальнейшее снижение Ер .

Для повышения деформационных свойств композиций на основе полипропилена обычно применяют модифицирующие добавки, в частности, каучуки. С этой целью в работе проведено исследование влияния на структуру и свойства композиций полипропилена с мелом резинового порошка в сочетании с каучуком СКЭПТ-40, вводишх в композиции в виде маточной смеси (концентрата).

Введение концентрата приводит к значительному росту Ер и йп композиций полипропилена с 60 масс.ч. мела (рис.5), что, очевидно, связано с действием каучука' как межструктурного мод'л-фикатора. При этом в композиции образуются переходные эластичные Слои на границе раздала фаз полимерная матрица - наполнитель, • имеющие структуру типа, полимер - полимер. Это подтверждается данными электронно-микроскопических исследований.

Некоторое снижение *Орм. при этом, очевидно, связано с нарушением в присутствии каучука адгезионного взаимодействия между полимерной матрицей и наполнителями. Кроме того, в присутствии каучука по причине более высокой молекулярной подвижности снимется скорость кристаллизации, что приводит к амортизации ¡голи-

6р.,%

60

'40 20 0

&РЯ,

то.

20

15

10

5

V__ -

\ \

\ \ \ \

> —•—__ 2

0

10

20

4

30

Содержание Н1, масс.ч. Рио.4. Зависимости прочности при растяжении (I), относительного удлинения при разрыве (2) и ударной вязкости по Шарпи с надрезом (3) от содержания резинового порошка в композиции полипропилена с 60 масс.ч. мела.-

£рЛ

150 100 50

6/1 и. МПа

25

20

15

10

\ N V у

\ \ : \ 41 ^ \ -о

3 \ ч X

! - 1- _ _

0 100

25 75

йп.,кДн//н

12

0

50

25

О

Соотношение ГО/каучук, % Рис.5. Зависимости прочности при растяжении (I), относитель-' ного удлинения при разрыве (2) и ударной вязкости по Шарпи с надрезом (31 композиций полипропилена с 60 масс.ч. мола и 20 масс.ч. концентрата от'соотношения

!;п> >7 ■ - ; |::;::..

мерной матрицы и, соответственно, снижению <3/ш.

В результате математической обработки экспериментальных данных были рассчитаны уравнения регрессии и построена диаграмма изменения свойств композиций в зависимости от содержания в них концентрата и от содержания РП в концентрате.

Исследование реологических свойств композиций на основе полипропилена показало, что введение каучука приводит к улучшению их перерабатываемости. Это, по-видимому, связано со способностью каучука к течении. Композиции, содержащие концентрат, характеризуются более выраженной аномалией бязкости, в отличие от композиций, содержащих только Ш, частицы которого в меньшей степени подвержены двформащш под .действием напряжения сдвига.

^следование термоокислительной деструкции показало, что у композиции полипропилена с мелом, в которую вводился концентрат, окисление происходит в более узком интервале, а начало термо-дзструкции сдвигается в сторону более высоких температур в сравнении с композицией, не содержащей ГО. Это говорит о термоста-билизирующем действии ГО в композициях на основе полипропилена. Композиция, содержащая концентрат, характеризуется также более высокой стойкостью к атмосферному старению', что подтверждается как данными исследования термоокислительной деструкции композиций после старения в естественных условиях, так и данными испытаний их физико-механических свойств, приведенными в табл.1. . Композиции содержали на 100 масс.ч. полипропилена: №1 - 60 масс.ч. мела, 20 масс.ч. каучука, 1,5 масс.ч. стеарата кальция;

Ш - 20 масс.ч. мела, 20 масс.ч. концентрата, 1,5 масс.ч. стеарата кальция.

Таблица I

Результаты исследования атмосферного старения композиций на основе полипропилена

| № ¡-Время ¡Свойства композиций и коэффициенты старения >

|зкци°~■ СГтс™' ¡Ор.п,Ша| Кег ¡Ер.,% { К£ | X .с"1} К^- ;

I исходная 17,5 - ' 200 - 54

I 3 15,8 0,90 24 0,12 116. 2,15

I '6 14,6 0,83 21. 0,11 142 • 2,63

2 исходная 19,25' ■ - ■ 54. - 62 -

2 3 18,7 0,97 32 0,59 " 104 ' 1,68

2 ■ б 18,1 0,94 27 0,50 119 . 1,92

Очевидно,.что при воздействии атмосфэрных факторов, в частности, ультрафиолетового излучения, часть энергии поглощается резиновым порошком и расходуется на его окисление, сокращая долю энергии, расходуемой на реакции в полимерной матрица. В результате меньшая часть полимерной матрицы, в сравнении с композицией, не содержащей РП, подвергается деструкции, что приводит к сохранению работоспособности материала в процессе атмосферного старения.

Исследования влияния дисперсности РП и вида исходной резины на свойства композиций на основе полипропилена показали, что лучшее сочетание деформационно-прочностных свойств обеспечивает введение в композиции РП, полученного из резины марки ЗРИ. Причем более высокими значениями £р и <2п характеризуются композиции, содержащие РП обоих видов с более крупными частицами. Это, очевидно, связано с тем, что более крупные частицы резины в большей степени доизмельчаютоя в результате сдвиговых воздействий в процессе приготовления концентрата и композиции. Очевидно, что более подвержен доизмельчению Н1 из низкомодульной резины.марки ЗРИ. Данные выводы подтверждаются также и результатами других исследователей.

Исследование влияния способа приготовления концентрата РП с каучуком показало, что лучшим сочетанием деформационно-прочностных свойств характеризуются композиции, в которые вводился концентрат, приготовленный в смесителе "Бенбери". При этом сравнивались три способа приготовления концентрата, включающие1, -кроме указанного, механическое смесение и смешение на вальцах. '

.' Пятая глава содержит описание технологии приготовления разработанных композиций на основе полиолефинов, рекомендации . по их пршенению для изготовления определенных изделий, а также оценку экономической эффективности внедрения в производство разр&ботанных материалов.

В процессе производственных испытаний оценивалось соответствие технологических и эксплуатационных свойств разработанных композиций требованиям к материалам для производства конкретных изделий. В результате установлено, что:

- композиции на основе полиэтилена, содержащие 10-15% сш.ПЭВД или си.ПЭ и 30-35,? мала можно рекомендовать для переработки ■ акструзизЯ в различнее виги погонашшх изделий; экструзией с

раздувом - в различные виды емкостей; литьем под давлением -в различные виды технологической тары, поддонов, контейнеров, корпусных изделий;

- композиции на осливэ полипропилена, содержащие 60 масс.ч. мела и 10*30 масс.ч. конце; грата резинового перошка с каучуком СКЭПТ-40 в различных соотношениях, можно рекомендовать для переработки литьем под давлением в различные виды тары, корпусных изделий, материалоемких изделий для машиностроения.

По результатам исследований и производственных испытаний разработаны Технические условия "Композиционные материалы на основе полиэтилена" (ТУ 400-33-44-137-90) и "Технологический регламент на производство композиций на основе полиэтилена низкого и высокого давления на линии смешения и гранулирования", приведенные в приложении к диссертации.

Фактический годовой экономический эффект от внедрения разработанных композиций в производство изделия ЕС-ЮА на опытном заводе республиканского инженерного центра "Росполимер" составил 36,6 тыс.руб.

ОСНОВНЫЕ ШВОДЫ

1. Показана возможность и целесообразность применения в композициях на основе полиолефинов сшитых полимерных наполнителей, а также их смесей с минеральными наполнителями. Обосновано, что при варьировании составов композиций можно получать эксплуатационно-устойчивые материалы, обладающие лучшим сочетанием свойств в сравнении с известными, применяемыми в машиностроении и других отраслях промышленности.

2.'Впервые исследованы структура и свойства композиций на основе полиолефинов, содержащих пороши спитых полиэтиленов, а также концентрат резинового пороска с этилен-пропиленов'-м каучуком.

3. Обосновано, что введение 10-15% порошков сшитых полиэтиленов в композиции на основе смесей ПЭВД и ПЭВД с мелом позволяет повысить их деформируемость и ударопрсчность. Для повышения этих свойств композицию полипропилена, содержащую 60 масс.ч. мела и 10-20 масс.ч. резинового порошка, предложено модифицировать 10-20 масс.ч. каучука СКЭПТ-40. .

4. На основании анализа механических свойств композиций в совокупности с изменениями структурно-чувствительных параметров

установлено, что повышение ударной вязкости и относительного удлинения при разрыве связано с повышением молекулярной подвижности полимерной матрицы на границе раздела фаз в присутствии сшитых полимерных наполнителей.

.5. Показана роль сшитых полимерных наполнителей в физико-химических процессах, происходящих в композициях при нагреве. На основании данных дериватографических исследований установлено термостабллизирующое действие сшитых полимерных наполнителей, чго позволило предложить композиции для изготовления изделий сложной конфигурации при повышенных температурах.

6. Установлено, что введение резинового порошка в композиции па основе полипропилена оказывает стабилизирующее действие, выраженное в повышении их стойкости к атмосферному старению.

7. Разработаны рецептуры высоконаполненных композиций на основе полиолефинов с улучшенными деформационными свойствами. С применением метода математического планирования эксперимента получены математические модели, позволяющие прогнозировать свойства композиций в зависимости от их состава.

. 8. Проведены производственные испытания изделий из разработанных композиций. По результатам исследований и испытаний разработаны Технические условия "Композиционные материалы на основе полиэтилена" и Технологический регламент на их производство.

9. Внедрение разрабоганшх материалов в производство изделия EC-I0A на опытном заводе РИЦ "Росподкмер" дало годовой экономический эффект 36,б тыс.руб.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Маткаримов G.X., Негматов С.С., Кобалев И.Л. и др. О возможности использования порошков из вулканизованных резин в качестве наполнителя 'при создании различных композиционных изделий // П Бсесоюз. науч.-техн. конф. по композиционным полимерным материалам и их применению в народном хозяйстве: Тез. докл. - Ташкент, IS63. - 4.1.-С.68-69.

2. Маткаримов С.Х., Негматов G.G., Кобелев И.А. и др. Эксплуатационные 'свойства наполненных конструкционных материалов с измельченными, резиновыми порошками из отходов резинотехнических производств и изношенных шин // Эксплуатационные свойства конструкци-гнных полимерных материалов: Тез. докл. Всессш. науч.-техн. i'ohf;.- Нальчик, '1984.- ч.2.- G.29-30.

3. Костоломов В.И., - Ьхяк U.E., Кобелев H.A. и др. Сайт нрошш-.-üiiiior;) nm»:si:»'H.'rt кнок- сиге оба цанз;м «мния резин и .других поли-

мерных отходов // Пути повышения эффективности использования вторичных полимерных ресурсов: Тез. докл. Boenого. гон$,- Кишинев, 1985.- ч.П.- С.199.

4. Кобелев H.A., Маткаримов С.Х., Скворцов В.II. и др. ТеЛюфпзи-ческие и реологические свойства реэинопластов // Пути повышения эффективности использования вторичных пол'-мерггых ресурсов: Тез. докл. Всесоюз. конф,- Кишинев, 1985.- ч.П,- С.37.

5. Кобелев И.А., Непомнящий А.П., Гариев P.M.- и др. Влияние эласттоного наполнителя на физико-механические свойства композиционных материалов // Материалы У1 Всесогаз. стезда по теоретической и прикладной механике,- Ташкент, 1987.- С.25.

6. Маткаримов С,Х., Кобелев ¡I.A., Псмаилов Ш.Ш., Умарова М.А. Повышение прочностных свойств композиционных полимерных материалов с применением отходов резинотехнических изделий в качестве наполнителя // Повышение качества композиционных полимерных материалов с применением отходов производства за счет физической и хтоической их активации: Сб. науч. тр. ТашПИ.- Ташкент, 1987.-

С.26-28.

7. Кобелев И. А., Умарова М.А., Шорстнев Г1.П., Хамидов A.A. Влияние тонкодисперсного перошка из отходов на-тепло физические и реологические свойства резинопластов // Там же.- С.69-70.

8. Кобелев H.A., Скворцов В.П. Использование в композициях полполо Ггнев тонкоизмельченных резиновых отходов // Биотехнические и химические методы охраны окрутшт>й среды: Материалы П Всосопз. симпозиума,- Самарканд, 1988.- ч.П,- С.27-28.

9. Коб елев И,А,, Скворцов В,П., Негматов С.С., Барановский В.М. Повышение стойкости композиций на основе полиолефинов к атмосферному старению введением дисперсных, эластичных наполнителей // Повышение работоспособности композиционных материалов, узлов и vairm: Сб. науч. тр. ТапПИ.- Ташкент, 1989.- С.56-59.

10. Кобелев И.А., Маткаримов С.Х., Скворцов В.II., Барановский В.М. Композиции на основе полипропилена со смесями эластотных наполнителей // Прогрессивная технология производства композиционных материалов: Сб. науч. тр. ТашПП.- Ташкент, 1990.-

11. Кобелев И.А., Скворцов В.П., Негмзтов С.С. Применение порошков сшитого полиэтилена в композициях на основе полиолефинов // Прогрессивная технология производства композиционных материалов: Сб. науч. тр. ТапЛИ.- Ташкент, 1990.-