Связь показателей свариваемости ПЭ 100 и его макромолекулярной структуры

И. В. Волков, В. В. Глухов, А. Б Камалов,

В. И. Кимельблат

СВЯЗЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СВАРИВАЕМОСТИ ПЭ 100 И ЕГО МАКРОМОЛЕКУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ

Ключевые слова: реология, релаксация, молекулярная масса, молекулярно-массовое

распределение.

В работе показана актуальность контроля макромолекулярных характеристик свариваемых полимеров с целью прогнозирования надежности и долговечности сварных соединений методом релаксации давления расплава (РДР).

Keywords: rheology, relaxation, molecular weight, molecular weight distribution.

The importance of macromolecular characteristics control of the welded polymers was showed in order to predict welded joints reliability and durability by pressure relaxation of the melt.

Сварка полимерных материалов является разделом технологического материаловедения полимеров и основана на интеграции положений механики, реологии, физики, фи-зико-химии и химии полимеров, а также результатов теплотехнических расчетов. Авторами получены достаточно убедительные доводы в пользу актуальности контроля характеристик свариваемых полимеров с целью прогнозирования свариваемости, надежности и долговечности сварных соединений [1]. В настоящей работе объектами исследований служили 3 партии ПНД градации ПЭ 100, выпущенные разными производителями.

Уместно отметить, что рутинные промышленные методы характеризации макромо-лекулярной структуры наиболее важной современной экструзионной марки ПНД (ПЭ 100) не позволяют прогнозировать показатели свариваемости. Например, партия ПЭ 100 №1, соответствует нормам по показателям текучести расплава (ПТР). Тем не менее, трубы, изготовленные из ПЭ партии №1 свариваются неудовлетворительно. Их сварные соединения не удовлетворяют требованиям норм по важнейшим браковочным показателям внешнего вида: форме и размерам грата (рис. 1а).

Рис. 1 - Внешний вид сварного соединения, а) дефектное сварное соединение (высокий, узкий грат), б) качественное соединение (шов с гладкими и симметричными валиками грата округлой формы

Трубы из партий №2 и №3 свариваются с образованием грата правильной формы (рис 1б).

Следовательно, причина образования валика неоптимальной формы заключается в более интимных деталях макромолекулярной структуры, не определяемых при промышленных тестах. Такие возможности дает метод релаксации давления расплава (РДР) [2].

Возможности метода РДР иллюстрирует рисунок 2.

Рис. 2 - Спектры времён релаксации давления ПЭ 100 различных производителей а -спектры, рассчитанные по аппроксимационной методике; б - спектры, рассчитанные по регуляризационной методике

Для расчета спектров Н из данных по релаксации давления используются два взаимодополняющих метода. Применение двух методик расчета спектра РДР позволяет получить наиболее полные представления о релаксационных процессах в расплавах исследуемых образцов. Причем в результате расчетов методом регуляризации получаются спектры Нг с высоким разрешением, а аппроксимационные спектры Н3и служат для проверки валидности пиков, которые могут иметь расчетное происхождение.

Показано, что анализируемая партия ПЭ 100 №1 имеет высокомолекулярную фракцию, о чем свидетельствует пик в области 1п т = 4,5. Этот пик отсутствует у полиэтиленов других партий и может быть отнесен к сшитым структурам - дефектам микроструктуры.

Наличие такого рода микродефектов приводит к увеличению высокоэластичности расплава (снижению пластичности).

В результате при обычных параметрах сварки формируется высокий и узкий грат, внешний вид которого является браковочным признаком. Устранить этот дефект удается использованием специальной технологии сварки с параметрами, отличающимися от нормативных. В частности приходится снижать давление в плоскости сварки и увеличивать температуру нагревателя. При этом растет риск нежелательных термоокислительных процессов.

Таким образом, показано, что дефекты сварных соединений связаны с особенностями макромолекулярной структуры ПЭ 100, которые могут быть выявлены методом РДР. Поскольку метод РДР может быть использован на всех стадиях производства и переработки ПНД, данные РДР могут лечь в основу технологических мероприятий по совершенствованию производства и переработки ПЭ 100.

Литература

1. Кимельблат, В.И. Оптимизация технологии контактной сварки встык. Учет свойств полимеров/

B.И.Кимельблат, И.В. Волков, В.В. Глухов // Полимерные трубы. - 2010, №2 (28), - С. 32-36.

2. Глухов, В.В. Исследование деструкции и стабилизации экструзионных марок ПНД методом релаксации давления расплавов/ Глухов В.В., И.В. Волков, В.И. Кимельблат // Пластические массы. - 2010, №2, - С. 22-29.

3. Кимельблат, В.И. Расчет спектров релаксации давления в расплавах с применением метода регуляризации/ В.И.Кимельблат, М.М. Дорогиницкий, И.Н Валеев, И.В. Волков, С.И. Вольфсон // Структура и динамика молекулярных систем: Сборник статей. - Вып. 10, ч.1. - Казань, - 2003. -

C. 273-277.

© И. В. Волков - канд. техн. наук, доц. каф. химии и технологии переработки эластомеров КГТУ, igor@ooo-tep.ru; В. В. Глухов - асп. той же кафедры, va13a@ya.ru; А. Б Камалов - технолог, Теплоизоляция; В. И. Кимельблат - д-р техн. наук, проф. каф. химии и технологии переработки эластомеров КГТУ, vkime1b1at@yandex.ru.