Экспериментальные исследования релаксации напряжения поливинилхлорида

Экспериментальные исследования релаксации напряжения

поливинилхлорида Соловьева Е. В.

Соловьева Екатерина Вячеславовна /Solov'eva Ekaterina Vjacheslavovna - кандидат технических наук, заведующая кафедрой, кафедра начертательной геометрии и графики,

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Вологодский государственный университет, г. Вологда

Аннотация: на примере поливинилхлорида приведены результаты

экспериментальных исследований релаксации напряжения первичного и вторичного поливинилхлорида с добавлением в композицию 80 % отходов этого материала в широком интервале температур. Установлено, что квазиравновесные напряжения закономерно уменьшаются с ростом температуры для обоих типов исследуемых образцов.

Ключевые слова: полимерные материалы, поливинилхлорид, физико-механические свойства, релаксация напряжения, релаксационные параметры.

В 2014 году в России выпуск полимеров составил 1,7 млн. тонн при спросе 2,2 млн. тонн в год. Ниже приведены объемы полимеров на одно человека в год для основных индустриальных мировых держав (Табл. 1).

Анализ состояния отечественного производства показывает, что востребованными полимерами являются полиолефины, поливинилхлорид, полистирол. Доля производства полиэтилена составляет 29,3 %; поливинилхлорида (ПВХ) - 16,1 %; полиамидов - 2,7 %; полипропилена - 8,7 %; полистирола - 7,6 %;

полиэтилентерефталата - 3,4 %; полиуретанов - 6,7 %; на смолы и прочие материалы приходится 25,5 % [1].

Таблица 1. Объемы полимеров на одного человека в год для основных индустриальных держав

Страна Объем полимеров на одного человека в год, кг/чел.

США 130

Страны Западной Европы 124

Япония 100

Страны Латинской Америки 26

Страны Восточной Европы 13

Россия 5

На кафедре Технологии композиционных материалов и прикладной химии (ТКМиПХ) НИУ МГСУ в течение многих лет ведется научно-исследовательская работа в области определения физико-механических свойств полимерных материалов, в том числе релаксации напряжения, что важно для определения технологических параметров формовки изделий из полимерных материалов [2, 3, 4, 5].

В данной работе на примере ПВХ показаны полученные в лаборатории ИНЭОС РАН релаксационные кривые в широком интервале температур (Рис. 1.). Исследования проводили для двух партий образцов, изготовленных из первичного ПВХ и вторичного ПВХ с добавлением в композицию 80 % отходов этого материала [6, 7].

Наиболее важными характеристиками релаксационного процесса, определяющими работоспособность полимерного материала, являются величины начального с0 и квазиравновесного напряжений. Для вторичного ПВХ расчетные значения с0 слабо изменяются в интервале температур от 20 до 40 оС, но несколько уменьшаются при

26

повышении температуры до 60 оС и резко падают при 70 оС, т. е. при температуре близкой к температуре стеклования. Квазиравновесные напряжения закономерно уменьшаются с ростом температуры для обоих типов ПВХ.

Для построения обобщенной кривой был использован метод, основанный на уравнения Больцмана. Каждая релаксационная кривая, определенная при различных температурах, сначала аппроксимировалась с помощью при использовании ядра ГДх), поскольку это ядро приводит к наибольшему коэффициенту корреляции, значение которого близко к 1, а затем расчетные кривые автоматически смещались вдоль оси lnt с помощью специально написанной ЭВМ-программы.

Рис. 1. Кривые релаксации напряжения вторичного ПВХ в полулогарифмическом масштабе

Рис. 2. Обобщенная кривая для первичного (1) и вторичного (2) ПВХ

27

В результате были получены обобщенные релаксационные кривые для первичного и вторичного ПВХ, которые показаны на рисунке 2.

Релаксационные свойства полимерных материалов являются одними из самых важных при определении технологических параметров получения полимерных материалов из них, т. к. влияют на время процесса прессования и прочность получаемых изделий. Для того чтобы данные процессы предсказать, необходимы экспериментальные исследования релаксации напряжения и расчетные модели, которые дают возможность определить релаксационные параметры. Предложенный в настоящей работе подход может быть использован для других полимеров, например, полипропилена и полиэтилена.

Литература

1. Орлова А. М., Попова М. Н. Современные проблемы твердых бытовых отходов: монография - М.: МГСУ: Изд-во ЭБС АСВ, 2010. - 216 с.

2. Соловьева Е. В. и др. О физико-химических свойствах вторичных строительных полимерных материалов. // Промышленное и гражданское строительство. 2009. №5. С. 62-64.

3. Голованов А. В. и др. Исследование возможности использования отходов полипропилена для изготовления изделий различного назначения. // Экология промышленного производства. 2009. № 3. С. 54-60.

4. Орлова А. М., Шевченко Ю. В., Славин А. М.Использование отходов гальванических производств в полимерных композициях. // Конструкции из композиционных материалов. 2006. № 2. С. 29-35.

5. Соловьева Е. В. и др. О технологиях получения строительных материалов на основе отработанных полимеров. // Промышленное и гражданское строительство. 2009. № 4. С. 56-57.

6. Пахнева О. В. и др. Исследование релаксационных свойств первичного и вторичного полипропилена. // Пластические массы. 2007. № 8. С. 19-21.

7. Попов А. В. и др. Исследование долговременной прочности материала на основе первичного и вторичного поливинилхлорида. // Пластические массы. 2010. № 6. С. 43-46.

28