ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ ПОЛИПРОПИЛЕНА И ОХРЫ

Для расширения марочного состава полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе крупнотоннажных полимеров, в том числе и на основе полипропилена (ПП), широко применяются минеральные дисперсные наполнители (тальк, мел, слюда, каолин)[1,2]. Однако, на сегодняшний день,  данный ассортимент наполнителей не может удовлетворить возросшие потребности рынка ПКМ. Поэтому, в настоящие время ведется активный  поиск новых недорогих функциональных наполнителей для полимеров. В работах [3,4] установлено, что  перспективным, доступным и экологически безвредным минеральным дисперсным наполнителем для ПП является охра. Охра широко используется в качестве пигмента для производства красок, шпатлевок. Месторождения охры в достаточном количестве имеются на территории России, в том числе в Кузбассе.

 Известно, что   ПКМ содержащие минеральный наполнитель, являются гетерофазными системами, свойства которых определяются не только характеристиками и содержанием полимера, наполнителя, а также характером взаимодействия на границе раздела фаз полимер                             – наполнитель [5]. Теоретически можно оценить некоторые физико-механические и реологические свойства ПКМ, если известны реологические и физико-механические свойства ненаполненного полимера, наполнителя, степень наполнения, распределение частиц наполнителя по размерам [6]. Но подобная информация по способам расчета физико-технических характеристик ПКМ на основе ПП относятся только к широко известным минеральным дисперсным порошкам. Для определения типа наполнителя – охры (активный, инертный) и области эксплуатации изделий из нового ПКМ на основе ПП с охрой необходимо получить экспериментальные данные об эксплуатационных свойствах. 

В связи с этим целью данной работы является изучить влияние минерального наполнителя охры на эксплуатационные свойства ПКМ на основе ПП.

Объектом исследования в данной работе явились ПКМ, полученные на основе полипропилена марки 21030–16, ГОСТ 26996–86, производимого на ОАО «Томский нефтехимический комбинат», завод «Полипропилен» и охры Гавриловского месторождения (г. Салаир, Кемеровской области). Ранее проведенные исследования физико-химических свойств охры, а также реологических и теплофизических  свойств ПКМ на основе ПП с охрой показали, что для получения ПКМ и изделий из них необходимо использовать термообработанную при температуре 300°С охру (охра300), так как её свойства более стабильны по сравнению с исходной [7]. 

 Композиции на основе ПП с минеральным наполнителем охрой получали по схеме, используемой для создания ПКМ с традиционными минеральными наполнителями (тальк, карбонат кальция и т. д.) [8],  основными стадиями которой являются: подготовка сырья; термообработка наполнителя при 300оС; дозирование компонентов; диспергирующее смешение компонентов; гранулирование композиции.

Смешение полипропилена с охрой проводили на лабораторном экструдере фирмы «Брабендер» с последующей грануляцией, диаметр червяка − 19 мм, длина червяка – L = 20D. Параметры экструзии: температура по зонам экструдера Т= 170 °С, Т2= 230 °С, Т3 = 230 °С; частота вращения шнека 20−23 об/мин. Образцы для исследования свойств изделий из ПП и ПКМ получали литьем под давлением на литьевой машине плунжерного типа ВЛ-40. Технологический режим: температура инжекционного цилиндра 230±5 °С; температура формы 45±3 °С; давление литья 113±5 МПа; выдержка под давлением 11 с; время охлаждения 104 с.

         В табл. приведены результаты определения эксплуатационных характеристик литьевых изделий из ПКМ с охрой от обьемного содержания наполнителя.

Основные эксплуатационные характеристики ПКМ на основе ПП

с минеральным наполнителем охрой300*

Наименование показателей

Содержание наполнителя, %

0

0,29

0,72

1,59

3,10

4,97

10,82

σт, МПа

30,2±1,2

31,7±1,6

32,4±1,3

33,5±0,9

33,9±0,7

35,5±0,8

26,1±0,7

Ер, МПа

1094±5

1114±6

1196±5

1254±5

1314±4

1542±4

1657±3

σр, МПа

34,4±1,6

34,9±1,4

35,6±1,1

37,3±0,9

39,2±0,2

42,8±0,04

43,5±0,2

НВ, МПа

66,1±2,1

66,2±2,4

67,3±2,6

68,4±2,5

70,5±2,3

74,9±2,4

76,3±2,3

У, %

1,29±0,24

1,28±0,19

1,26±0,18

1,2±0,13

1,07±0,04

0,99±0,05

0,78±0,04

Тв, °С

103±3

103±3

107±3

107±3

110,3±3

110±3

112±3

* σт – предел текучести при растяжении; Ер – модуль упругости при растяжении; σр – прочность при разрыве; НВ – твердость; У – линейная усадка при литье; Тв – теплостойкость по Вика при нагрузке 9,8 Н.

         Как видно (табл.), введение охры увеличивает теплостойкость на 9 % ПКМ, Ер на 52 %, НВ – на 15,4 %, σр – на 26,4 %, снижает усадку на 40 %  по сравнению с ненаполненным ПП. Приведенные в табл. данные описываются следующими зависимостями:

Ер = 1093,4 + 106,5j – 4,99j2,                    R2 = 0,98                   (1)

σр = 34,2 + 2,24j – 0,13j2,                          R2 = 0,99          (2)

НВ = 65,7 + 2,2j – 0,11j2,                          R2 = 0,99                   (3)

σт = 30,7 + 1,96j – 0,22j2,                          R2 = 0,97          (4)

У = 1,3 – 0,08j + 0,003j2.                          R2 = 0,99          (5)

где φ – обьемное содержание наполнителя; R – достоверность аппроксимации.

         Анализ данных уравнений позволил определить оптимальную степень наполнения  по таким характеристикам, как Ер, σр, НВ 8–10,7 % (об.), по σт – 5 % (об.).

         Таким образом, в результате исследования установили, что пластики на основе ПП с охрой являются более прочными жесткими, работающими при обычных и средних температурах, их можно отнести к группе пластмасс общетехнического назначения [9].

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector