Земке Вікторія Миколаївна. Розроблення технологічних композицій на основі надвисокомолекулярного поліетилену

Краткое описание

Земке Вікторія Миколаївна. Розроблення технологічних композицій на основі надвисокомолекулярного поліетилену: дисертація канд. техн. наук: 05.17.06 / Національний ун-т "Львівська політехніка". - Л., 2003

Земке В.М.Розроблення технологічних композицій на основі надвисокомолекулярного поліетилену. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.06 технологія полімерних і композиційних матеріалів. Національний університет Львівська політехніка”, Львів, 2003.
Дисертація присвячена розробленню технологічних сумішей з надвисокомолекулярним поліетиленом (НВМПЕ), які були б придатні до переробки доступними методами і могли б використовуватись в різних галузях промисловості для виготовлення конструкційних виробів методом лиття і екструзії. Для вирішення цієї задачі в роботі встановлено основні закономірності зміни реологічних властивостей розплаву сумішей НВМПЕ з полімерами гомологами та іншими доданками від складу та умов змішування. Досліджено структурно морфологічні зміни при змішуванні НВМПЕ з іншими полімерами та доданками і вплив складу композиції на основні технологічні та фізико механічні властивості наповненого і ненаповненого матеріалу на основі оптимальної суміші з технологічними відходами НВМПЕ. Встановлено оптимальні умови переробки литтям під тиском та екструзією отриманих сумішей на основі технологічних відходів.
На основі одержаних результатів обґрунтуванні основні стадій технологічного процесу змішування та переробки розроблених композицій у вироби.

1. Встановлені технологічні умови та розроблений спосіб одержання і склад технологічно однорідної суміші НВМПЕ з полімерними гомологами (ПЕНГ, ПЕВГ, ПП). Встановлений вплив природи та складу досліджуваних сумішей на реологічні та фізико механічні властивості і визначені оптимальні склади найбільш технологічно однорідних сумішей з задовільною текучістю, здатністю до переробки і хорошими фізико механічними властивостями на рівні властивостей НВМПЕ.

Встановлена залежність зміни текучості сумішей надвисокомолекулярного поліетилену від вмісту доданків промислових поліолефінів: поліетилену низької густини (ПТР = 1,97 г/10хв), поліетилену високої густини (ПТР = 6,4 г/10хв) і поліпропілену (ПТР = 12,52 г/10хв). Виявлено аномальну поведінку сумішей, в тому числі й таких близьких за будовою, як високомолекулярний поліетилен і поліетилен високої густини. Встановлено, що підбиранням відповідних доданків і регулюванням їх вмісту та умов змішування можна досягнути потрібної технологічності сумішей, за показником текучості в межах від 0,4 до 5 г/10хв (вміст компоненту 75 90 % мас.).
Досліджено вплив доданків ПЕНГ, ПЕВГ і ПП та умов змішування з НВМПЕ на основні властивості їх сумішей і підтверджено, що короткотривале змішування в умовах відсутності зсувних напружень викликає відчутне зменшення міцності композитів, та суттєво впливає на реологічну поведінку сумішей. Виведена математична залежність впливу об’ємної витрати на реологічні параметри сумішей, та визначено значення входового ефекту (входової поправкиnв) для полімерних сумішей на основі НВМПЕ з ПЕНГ рівна 4.5, з ПЕВГ 2.5, з ПП 0,9.
Рентгенографічними та дилатометричними дослідженнями встановлені зміни надмолекулярної структури у сумішах залежно від їх складу і показано, що змішування НВМПЕ з ПП призводить до збільшення кристалічності суміші, при чому можливий поділ фаз цих сумішей, у той час як змішування з ПЕВГ і ПЕНГ не призводить до суттєвих змін структури при деякому зменшені ступеня кристалічності (Sk).

Вивчено вплив сорбції низькомолекулярних рідин (гептан та бутанол) на структурну будову сумішей полімерів та їх схильність до взаємопроникнення. Результати свідчать про те, що молекулярні області ПЕВГ можуть знаходитися у прохідних областях матриці НВМПЕ. При цьому в кристалі ПЕВГ можуть знаходитись ланцюги НВМПЕ. Утворені проміжні області є термодинамічно нестійкі і рекристалізують при термовідпалі.

На основі аналізу текучості, однорідності та фізико механічних властивостей визначені оптимальні суміші, які поєднують хороші міцносні властивості та деформативність, а саме композиція НВМПЕ:ПЕВГ (20/80) (sпл= 19 МПа, eр= 176 %), а також потрійна суміш НВМПЕ:ПЕНГ:ПП (50/50/5), яка має границю міцності при розриві sпл= 18 МПа та максимальне видовження eр=120 %, а композиція НВМПЕ:ПЕНГ (20/80) може бути використана після термовідпалу при 120оС. Натомість композиція складу НВМПЕ:ПП має найвищу текучість і міцність (максимальне напруження при розтягу складає 31,2 МПа), але, при цьому, відзначається низькою деформативність максимальне видовження складає 13 %.
Розроблений процес наповнення подвійних та потрійних сумішей на основі НВМПЕ мінеральним наповнювачем. Задовільними властивостями характеризується композиція складу - НВМПЕ:ПЕВГ:К.К. (80/20/20), яка при достатній текучості (ПТР=1,2 г/10хв) та границі пластичності (sпл= 17,5 МПа) має високу деформативність видовження при розриванні складає 210 % та потрійна композиція НВМПЕ:ПЕВГ:ПП:К.К. (19:76:5:20), що характеризується задовільними значеннями пластичності (sпл= 30,4 МПа) та деформативності (eр= 160 %). Введення 20 % карбонату кальцію покращує здатність до фарбування її із збереженням необхідних властивостей. З вище згаданих сумішей методом плоскощілинної екструзії одержали плівку (Т1=120оС, Т2=150оС, Т3=190оС, Тг=190оС), що характеризуються задовільними фізико механічними властивостями та без зовнішніх ознак дефектності.
Досліджено композиції НВМПЕ з полімерами іншої будови та низькомолекулярними доданками, такими як, полівінілхлорид, кополімер етилену з пропіленом, блок кополімери (надвисокомолекулярний поліетилен поліпропілен), поліетилентерефталат. Показано, що введення цих доданків у композицію з НВМПЕ не призводить до суттєвих змін реологічних властивостей вихідного полімеру, обумовлюючи погіршення його фізико механічних властивостей.

8. Розроблена технологічна схема та операційна карта одержання полімерних сумішей. Встановлено оптимальні умови змішування у шнековому пластикаторі литтєвої машини: час змішування 1,5 2 хв., температура 200 220оС при швидкості обертання шнеку 50 120 об/хв. Встановлені технологічні режими переробки композицій для режиму лиття під тиском та екструзії. Проведені випробування експериментальних сумішей на основі НВМПЕ на Львівському заводі Електропобутприлад” ТзОВ Ельво - Маркет” та ЗАТ Лукор” і підтверджена їх придатність до переробки методами лиття під тиском та екструзією при формуванні електроізоляційних виробів та тонких плівок.