Композиционные материалы на основе наполненного полипропилена с улучшенными эксплуатационными характеристиками

УДК 678.742.3

Осама Аль Хело, А.В. Петухова, В.С. Осипчик, Т.П. Кравченко Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ НАПОЛНЕННОГО ПОЛИПРОПИЛЕНА С УЛУЧШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ.

This Article is devoted to research of influence of the filler on technological properties of PP - compositions. The necessity of introducing the additions was shown. For this purpose the effective complex modifier was developed, which application has allowed considerably to improve technological properties of compositions.

Статья посвящена исследованию влияния наполнителя на технологические свойства ПП-композиций. Была показана необходимость введения добавок. Для этого был разработан эффективный комплексный модификатор, применение которого позволило значительно улучшить технологические свойства композиций.

Практически неограниченное число сочетаний различных наполнителей с полимерным связующим и изменение количественных соотношений компонентов позволяют получать материалы с комплексом необходимых эксплуатационных свойств. К наполнителю предъявляют требования исходя из того, какие свойства материала желательно получить в разрабатываемом изделии.

При любом способе переработки наполненных композиций вязкость является лимитирующим фактором, особенно при переработке в расплаве методами экструзии или литья под давлением. Поэтому в большинстве случаев вязкость композиции является решающим фактором при выборе наполнителя.

В условиях промышленного производства оценку вязкостных свойств полипропилена обычно проводят по результатам упрощенных и стандартизованных реологических измерений. Для этого используют в основном два технологических показателя: показатель текучести расплава (ПТР) и характеристическую вязкость раствора. Выбор этих параметров для оценки вязкостных свойств диктуется быстротой и относительной простотой их определения, не требующего сложной аппаратуры и высокой квалификации исследователя.

В работе проводилось изучение особенностей течения модифицированного наполненного полипропилена (1111) рецептуры: 15 масс. % Мела, 1 масс. % кремнийор-ганический добавки (триметилсилоксифенилсилан-ТМСФС) и 10 масс. % сэвилена -СЭВА (рис.1). Реологические свойства расплавов полимеров имеют первостепенное значение при выборе режима их переработки в изделие. Как видно из рисунка.1. , введение добавок позволяет сместить кривые течения в сторону меньших напряжений сдвига или больших скоростей сдвига. Кривые течения находятся выше исходного и наполненного полипропилена, то есть происходит уменьшение вязкости наполненного полимера, что естественно облегчает процесс его переработки, особенно при большом содержании наполнителя. Температура 230° С была выбрана с учетом предыдущих исследований и как температура переработки ПП. При более высоких температурах 250° С и выше текучесть модифицированного 1111 становится меньше, так как происходит разрушение структурных образований. Влияние наполнителя на вязкость сказывается следующим образом: чем крупнее наполнитель и выше степень наполнения, тем в большей мере необратимо изменение характера распределения наполнителя в процессе формования изделий. При этом в изделии могут сохраняться участки, обогащен-

ные и обедненные наполнителем, все это будет приводить к неоднородности свойств изделия. Воздействие таких наполнителей как карбонат кальция (мел) и тальк проявляется относительно слабо вплоть до очень высокой степени наполнения.

Рис.1. Кривые течения композиций полипропилена (^ = 230° С):

1-ПП (исходный); 2-ПП+15 % мела; 3-ПП+15 % мела+1 % ТМСФС; 4-ПП+15 % мела+10% СЭВА;

5-ПП+15 % мела+1 % ТМСФС+10 % СЭВА

Введение полимерных добавок, таких как СКЭП, винилацетат и СЭВА, которые, по-нашему мнению, играют роль высокомолекулярного пластикатора обычно вызывают понижение вязкости (повышение текучести) КМ, что позволяет понизить температуру переработки или повысить скорость формования изделий.

Введение добавок, особенно жидкой ТМСФС, позволило повысить вязкостные характеристики (ПТР по сравнению с наполненным 15 масс.% 1111 увеличился с 2.9 до 4.5 г/10мин). Мы считаем, что введение структурообразователей, к которым относится ТМСФС, способствуя измельчению сферолитной структуры полимера, обеспечивает, вероятно, повышенную прочность структурных элементов и способствует их сохранению в расплаве, что и вызывает повышение текучести композиции.

При продолжительном действии постоянных нагрузок происходит медленное нарастание во времени пластической деформации; в этих случаях говорят о ползучести материала. В работе были сняты кривые ползучести при растяжении всех изученных композиций ПП.

На основании полученных результатов были построены графики: - изменение относительного удлинения от температуры при различном наполнении; - изменение относительного удлинения от времени (для одного образца, но при различных температурах).

На рис. 2-4 показана зависимость изменения относительного удлинения от температуры (интервал от +80 до +160 °С) для всех изученных композиций (от содержания мела от 5 до 20 масс. %- Рис.2, от содержания ТМСФС- рис. 3, от содержания СЭВА- рис.4 ). Считается, что ползучесть и релаксация напряжения в кристаллических полимерах связаны с движением сегментов аморфных участков цепей, при помощи которого материал стремится снизить напряжение, возникшее под действием внешних сил. Предполагается, что кристаллические образования, связанные гораздо более прочными силами, участвуют в этой перегруппировке лишь в местах перехода их в аморфные области. Отсюда можно сделать вывод, что для полимеров, таких как ПП, обладающих более высокой степенью кристалличности, характерна меньшая склонность к ползучести. Из данных рисунков видно, что для исходного ПП происходит существенное изменение

эластичности (кривая ползучести резко поднимается вверх). Введение наполнителя уменьшает ползучесть композита особенно при 15 масс%. содержании мела. Модифицирующие добавки позволяют еще в большей степени снизить ползучесть.

В работе изучались методом ДМА с помощью свободно затухающих колебаний энергия активации и тангенс угла механических потерь.

относительного удлинения композиций полипропилена от температуры при различном содержании мела.

относительного удлинения композиций наполненного полипропилена от температуры при введении ТМСФС.

1 — —ПП (исходный) г - -ПП+15% мела+1% ТМСФС

3---ПП+15% мела+1% ТМСФС+5% СЭВА

4 О ПП+15% мела+1% ТМСФС+10% СЭВА

ПП+15% мела+1% ТМСФС+15%СЭВА

100 110 П0 130 140 »50

Рис.4. Зависимость изменения относительного удлинения композиций наполненного полипропилена от температуры при введении СЭВА.

г

80

0

16

На рис.5-6. представлены температурные зависимости тангенса угла механических потерь и модуля упругости для трех композиций: исходный и наполненный 15 масс % мела ПП и предложенная в работе композиция с оптимальным содержанием наполнителя и добавок.

механических потерь () ПП и его композиций.

'ПП+15%мела+1% ТМСФС+10%СЭВА г ПП+15%мела 1 ПП

Рис. 6. Температурные зависимости модуля упругости (£ ) для ПП и его композиций.

При повышении температуры наблюдаются максимумы механических потерь и снижение модуля упругости в исследуемом температурном диапазоне. При введении наполнителей и добавок модуль упругости растет, причем этот рост сопровождается смещением максимума механических потерь в сторону более высоких температур. А так как тангенс угла механических потерь зависит от молекулярной и структурной по-

движности, то можно сказать, что введение добавок и мела приблизительно одинаково влияет на подвижность элементов структуры наполненного ПП.

Свойства ПП в значительной степени зависят от кристалличности и молекулярной массы. Кристалличность, в свою очередь, определяется степенью стереорегулярности. Введение наполнителя нарушает степень стереорегулярности, разрыхляя структуру ПП. Мел начинает внедряться на границу раздела фаз, уменьшая межмолекулярное взаимодействие и увеличивая микродефектность структуры, и может распределяться неравномерно. При изучении структуры, модифицированной наполненного ПП методом оптической микроскопий наблюдалась крупносферолитная структура практически с одинаковым размером сферолитов. Наполнитель-мел входит в межсферолитные участки. При введении СЭВА в ПП в структуре наблюдалось наряду со сферолитами существование менее упорядоченной структуры фибриллярного типа. Введение жидкой добавки ТМСФС позволило более равномерно распределить мел и сэвилен в структуре ПП. Было видно, что характер распределения частиц в этом случае достаточно равномерный, структура мелкосферолитная.

Таким образом, показано, что введение добавок позволяет улучшить реологические свойства наполненного полипропилена: улучшить текучесть и перерабатывае-мость. Показано, что введение добавок в наполненный мелом полипропилен приводит к образованию мелкосферолитной структуры с равномерным распределением структурных образований в блоке полимера.

УДК 075.8 Д.В. Аристов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ПОЛИМЕРОВ НА ОСНОВЕ РАЗВИТИЯ ИННОВАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ

On the basis of the organizational-economic analysis of a condition and tendencies of development of the enterprises for processing polymeric materials the organizational-economic mechanism of increase of their technical and economic, technological, ecological and social indicators taking into account development of an innovative infrastructure and specificity of business processes in branch is considered.

На основе организационно-экономического анализа состояния и тенденций развития предприятий по переработке полимерных материалов рассматривается организационно-экономический механизм повышения их технико-экономических, технологических, экологических и социальных показателей с учетом развития инновационной инфраструктуры и специфики бизнес-процессов в отрасли.

В условиях реализации Программы перехода России к устойчивому развитию, дальнейшей либерализации внешнеэкономических отношений м возможного вступления России во Всемирную торговую организацию предприятия по переработке полимерных материалов, представляющие собой сложные производственно-хозяйственные организации, столкнулись с необходимостью функционирования в жестких условиях конкуренции. В этих условиях постепенно изменяется сущность функционирования производственно-хозяйственной организации и основы ее эффективности [1]. Поэтому для предприятия становится важным на основе комплексного всестороннего анализа правильно оценить свою инновационную инфраструктуру.