Влияние содержания 1,2-полибутадиена на свойства динамических термоэластопластов
Получение динамических термоэластопластов путем смешения каучука с термопластом при одновременной вулканизации эластомера в процессе смешения (метод динамической вулканизации). Особенности влияния концентрации каучука на свойства механических смесей.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.06.2011 |
| Размер файла | 1,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Характеристики микросмесителя "Брабендер":
Свободный объем смесительной камеры - 94 см3;
Тип роторов - незацепляющиеся четырехлопастные;
Частота вращения ротора - до 120 об/мин;
Фрикция - 1: 1.5;
Обогрев системы - электрический;
Напряжение питания 220В
Рис 2.2.1 Рабочий узел. Микросмеситель " Брабендер".
3. При приготовлении навесок композиций использовали весы аналитические модели ВЛР ГОСТ 24104-80:
предел взвешивания 200 г
погрешность взвешивания 0.5 мг
класс точности 2
4. Гидропрессная установка П-10 ГОСТ 8905-73 с обогреваемыми плитами.
2.3 Методика приготовления образцов
2.3.1 Получение смесей эластомер-термопласт
Использовали предварительно пластицированный каучук. Пластикацию проводили на вальцах. Подготовленный каучук разрезали на небольшие кусочки размером не более 1 см. Смешение каучука и термопласта проводили в микросмесителе "Брабендер" при одновременной загрузке компонентов смеси. Смешение проводили при 1700С (для ПЭ) и 1900С (для ПП) и скорости вращения роторов 90 об/мин в течение 10 мин.
2.3.2 Получение ДТЭП
Для получения ДТЭП использовали предварительно пластицированный каучук. Пластикацию проводили на вальцах. Подготовленный каучук разрезали на небольшие кусочки размером не более 1 см.
Реакционное смешение каучука, полиолефина и вулканизующей системы проводили в микросмесителе "Брабендер" при одновременной загрузке в камеру смесителя термопласта и эластомера. Вулканизующую систему вводили после полного расплавления термопласта. Количество вулканизующей системы рассчитывали с учетом количества и марки эластомера. Смешение проводили при 1700С (для ПЭ) и 1900С (для ПП) и скорости вращения роторов 90 об/мин в течение 15 мин.
Пластины из смесей эластомер - термопласт или ДТЭП толщиной ~ 1мм получали методом горячего прессования.
Режим прессования:
Температура - 1700С (для ПЭ) и 1900С (для ПП)
Время прогрева смеси - 10 мин
Давление - 10 МПа
Время выдержки под давлением - 10 мин
Охлаждение под давлением - не более 15 мин
2.4 Методы исследования
2.4.1 Определение густоты сетки методом равновесного набухания
Определение степени поперечного сшивания вулканизатов определи методом равновесного набухания в бензоле при комнатной температуре. Образцы помещали в бензол на сутки, затем взвешивали на аналитических весах. Затем сушили до полной массы и снова взвешивали. Степень равновесного набухания определяли по формуле:
,
где mнаб - масса набухшего образца, mвыс - масса высохшего образца
Затем определяли 1/Q - величину, обратную степени набухания и пропорциональную густоте сетки.
2.4.2 Виброреомометрия
Определение оптимального времени вулканизации каучука СКД-СР производили на реометре фирмы "Monsanto" с биконическим ротором при частоте вибродеформации 50 кол/мин. Испытания проводили при температуре 1640С. Из полученных реограмм определяют следующие показатели: Мmin - минимальный крутящий момент; Мmax - максимальный крутящий момент, характеризующий жесткость каучука; фС - время начала вулканизации; фС90 - оптимальное время вулканизации - момент времени соответствующий М= [Мmin +0,9 (Мmax - Мmin)]; скорость вулканизации VС [%/мин], рассчитанную как VС = 100 / [фС90 - фС].
2.4.3 Определение показателя текучести расплава
Показатель текучести расплава (ПТР, г/10 мин) определяли на установке ИИРТ-2 методом продавливания расплава полимера через капилляр при температуре 1900С (для ПЭ) и 2200С (для ПП) и нагрузке 6,3, 15,6 кг.
Значение ПТР рассчитывали по уравнению:
ПТР = 600*М/ф,
где ф - промежуток времени между срезами прутка (с). М - масса прутка (г).
Показания усредняли по 5 значениям.
2.4.4 Механические испытания
Деформационно-прочностные характеристики материалов определяли в режиме одноосного растяжения на универсальной испытательной машине AUTOGRAPH AGS-H фирмы "Shimadzu".
Скорость растяжения 50 мм/мин. Образцы представляли собой двусторонние лопатки с размером рабочей части 1х10 мм (для широкого ножа).
Толщину образцов измеряли микрометром с точностью измерения 0.01 мм.
По кривым нагрузка - удлинение определяли прочность при разрыве у МПа и относительное удлинение при разрыве е %.
2.4.5 Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)
Калориметрические исследования проводили на термоанализаторе DTAS-1300 в неизотермических условиях в температурном интервале от 30 до 1700С. Скорость нагрева составляла 8 град/мин.
Измеряемой величиной являлось количество выделенной теплоты (ДН), определяемое по площади пика между кривой ДСК и базисной линией. Степень кристалличности ПЭНД (б) определяли по формуле:
,
где - удельная теплота плавления ПЭНД, Дж/г.
Степень кристалличности ПП (б) определяли по формуле:
,
где - удельная теплота плавления ПП, Дж/г.
Температурной характеристикой плавления ПЭНД служила температура экстремума Тmax. Точность измерения температуры 0.50С.
2.4.6 Расчет параметров растворимости
Параметр растворимости характеризует способность веществ к взаимному растворению, т.е. образованию гомогенной термодинамически устойчивой смеси. Обязательное условие образования такой смеси - уменьшение свободной энергии системы Z при смешении компонентов:
ДZ=ДH-TДS < 0
где ДH - тепловой эффект смешения; Т - абсолютная температура; ДS - изменение энтропии.
Существует несколько способов расчета параметра растворимости. В случаях, когда известна структурная формула соединения, широко используют расчетный метод Смола, основанный на предположении об аддитивности действия сил сцепления отдельных радикалов и атомных групп, входящих в состав молекулы низкомолекулярного вещества или элементарного звена макромолекулы.
Эта предпосылка позволяет вычислить параметр растворимости полимера по уравнению:
Где - сумма констант притяжения отдельных групп (табличные данные), - плотность полимера, - молекулярная масса элементарного звена.
Для определения совместимости полимеров необходимо рассчитать параметр взаимодействия между смешиваемыми компонентами, который рассчитывается по формуле:
Где Vs=10-4м3/моль, Т - абсолютная температура, R-универсальная газовая постоянная
Считается, что при <2 компоненты совместимы [37].
2.4.7 Искусственное старение
Старению подвергались динамические вулканизаты на основе ПЭНД марки 276-73 состава СКЭПТ/ПЭНД =40/60 и СКД-СР/ПЭНД =40/60 и на основе ПП марки Каплен состава СКД-СР/ПЭНД =40/60. Старение провели при температуре 70оС в течение 24ч.
3. Экспериментальная часть и обсуждение результатов
Задача работы решались путем определения влияния: концентрации каучука и динамической вулканизации на деформационно-прочностные свойства смесей полиолефин - 1,2-полибутадиен.
ДТЭП на основе ПП и ПЭ получают с использованием СКЭПТ, т.к. у него наибольшая совместимость с матричными полимерами.1,2-полибутадиен имеет также хорошую совместимость с данными матрицами и при этом обладает исключительной стойкостью к термоокислительной деструкции и высоким сопротивлением тепловому старению. Предполагается, что ДТЭП на его основе будут обладать теми же ценными свойствами.
Расчет параметров растворимости показывает, что 1,2-полибутадиен с ПЭ и ПП хорошо совместимы:
1,2-полибутадиен:
с - 0,96 г/см3, Мо - 54 г/моль
F1.2-ПБ=F + F+ F+ F =133+28+111+190=462
F1.4-ПБ=2F + 2F=2*133+2*111=488
(кал/см3)
СКЭПТ-712
с - 0,86 г/см3
СКЭПТ: 52% - ПЭ, 48% - ПП, 4,5% -ЭНБ
FПЭ = 2F=2*133=266 Мпэ=42 г/моль
FПП=F+ F+ F-CH3=133+28+214=375
Мпп=42 г/моль
Fэнб= F-CH=CH-+2* F+2* F+ F + F-CH3=
=222+2*28+2*133+130+214=888, Мэнб=120 г/моль
8,23 (кал/см3)
Полиэтилен:
с - 0,96 г/см3, Мо - 42 г/моль
FПЭ = 2F=2*133=266
(кал/см3)
Полипропилен
с - 0,9 г/см3, Мо - 42 г/моль
FПП=F+ F+ F-CH3=133+28+214=375
(кал/см3)
Параметр взаимодействия между смешиваемыми компонентами рассчитывается по формуле:
,
где Vs=10-4м3/моль, Т - абсолютная температура, R-универсальная газовая постоянная
Для системы 1,2-полибутадиен-полиэтилен параметр взаимодействия между смешиваемыми компонентами:
<2 - компоненты совместимы
Для системы 1,2-полибутадиен-полипропилен:
<2 - компоненты совместимы
Для системы СКЭПТ-полиэтилен:
<2 - компоненты совместимы
Из данных по совместимости видно, что СКД-СР так же хорошо совместим с ПЭ и ПП, как и СКЭПТ.
В работе были использованы каучуки: 1,2-полибутадиен марки СКД-СР, СКЭПТ 712 марки, термопласты: ПЭНД-276-73 и ПП марки Каплен 01030. Содержание каучука в композиции изменяли от 30 до 40 мас. %. Смешение производили в микросмесителе "Брабендер" при Т= 170 0С (для систем на основе ПЭ) и 1900С (для систем на основе ПП). Серосодержащую вулканизующую группу, состав которой приведен на стр.32, рассчитывали для каждой смеси на количество каучука в ней. Вулканизующую группу вводили, когда термопласт полностью расплавится и вязкость системы станет минимальной.
Для уверенности прохождения сшивания в фазе 1,2-ПБ за это время определили оптимальное время вулканизации каучука СКД-СР. Вулканизацию проводили в прессе при температуре 160оС, вулканизующую группу вводили на вальцах.
Кинетику вулканизации оценивали по набуханию вулканизата в бензоле (время вулканизации 5, 10, 12, 15 мин). Степень набухания (Q) рассчитывали по формуле:
,
где mнаб - масса набухшего образца, mвыс - масса высохшего образца
Таблица 3.1: Влияние времени вулканизации на густоту сетки поперечных связей
|
Время вулканизации |
Q, % |
1/Q |
|
|
0 |
26,89 |
0,04 |
|
|
5 |
20,95 |
0,05 |
|
|
10 |
6,67 |
0,15 |
|
|
12 |
6,10 |
0,16 |
|
|
15 |
6,10 |
0,16 |
Рис.3.1 Влияние времени вулканизации СКД-СР на густоту сетки поперечных связей
Исходя из представленной кривой, можно сделать вывод, что данная ВС позволяет за 15 мин при температуре 160оС получить оптимальную плотность сшивки каучука.
Данные динамометрического анализа вулканизованных смесей показывают, что образцы, вулканизованные 5 мин, ведут себя как сырые резиновые смеси, а вулканизованные 10, 12, 15 мин - как вулканизованная резина (табл.3.2).
Таблица 3.2: Влияние времени вулканизации на механические характеристики вулканизованных смесей
|
Время вулканизации, мин |
Прочность при разрыве, МПа |
Относительная деформация, % |
|
|
5 |
0,3 |
950 |
|
|
10 |
0,8 |
630 |
|
|
12 |
1,0 |
520 |
|
|
15 |
1,2 |
430 |
Виброреомометрия позволяет получить всю кинетическую кривую вулканизации на одном образце, что значительно уменьшает ошибку определения.
Рис.3.2 Кривая изменения напряжения сдвига каучука при вулканизации
Из полученной реограммы (рис.3.2.) определили следующие показатели:
1. минимальный крутящий момент Мmin= 5,7;
2. максимальный крутящий момент Мmax= 19,5;
3. время начала вулканизации фС= 4мин;
4. оптимальное время вулканизации фС90= 18 мин;
5. скорость вулканизации VС =7,1 %/мин.
Скорость вулканизации, то есть количество пространственных химических связей, образуемых в единицу времени, зависит от температуры. При более высоких температурах образование связей протекает более интенсивно. Поэтому чем выше температура, тем выше скорость вулканизации. Количественно эта зависимость выражается температурным коэффициентом вулканизации К10, который определяют как отношение промежутков времени, необходимых для получения одинаковой степени вулканизации при двух температурах, отличающихся на 10°С [36]:
K10 = фТ/фТ+10,
где фТ и фТ+10 ? время, необходимое для достижения заданной степени
вулканизации при температурах, соответственно Т и Т+10 градусов Цельсия.
У серной вулканизующей системы тепловой коэффициент вулканизации равен 2 (К10).
Так как динамическая вулканизация проводится при более высоких температурах, чем температура вулканизации, то при динамической вулканизации каучук вулканизуется:
1) за 9 мин при температуре 170оС - система на основе ПЭ.
2) за 2 мин при температуре 190оС - система на основе ПП.
Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что серная ВС позволяет провести динамическую вулканизацию каучука СКД-СР, входящего в состав ДТЭП, при температуре 170оС для материалов ПЭ/СКД-СР и температуре 190оС - для ПП/СКД-СР за 10 мин с получением оптимальной плотности сшивки каучука.
3.1 Влияние матричного полимера на структуру и свойства смесей СКД-СР/ ПЭНД и СКД-СР/ ПП и ДТЭП на их основе
Деформационное поведение ПЭНД марки 276-73 и ПП марки 01030 Каплен принципиально различно.
На рис.3.1 приведены кривые растяжения, а в табл.2.1.2 свойства этих полимеров. ПЭНД марки 276-73 деформируется с формированием шейки, которая распространяется на всю рабочую часть образца.
Разрыв полимера происходит на стадии деформационного упрочнения (кривая 1). ПП разрушается на стадии формирования шейки (кривая 2).
Рис 3.1.1 Кривые растяжения ПЭНД марки 276-73 (1) и ПП марки Каплен 01030 (2).
3.1.1 Влияние концентрации каучука на свойства механических смесей на основе смесей ПЭНД/СКД-СР
Исследование влияния концентрации каучука на деформационное поведение и свойства смесей полиэтилена и 1,2-полибутадиена показали, что при введении 30 мас. % каучука, в сравнении с чистым ПЭ, уменьшаются деформационно-прочностные показатели механических смесей (табл.3.1.1). Разрыв системы происходит на начальной стадии формирования шейки, но шейка становится неявной и ее наличие можно отследить только благодаря нанесению на рабочую область образца поперечных меток (рис.3.1.2, а). Разрушение происходит при малых значениях деформации.
а) 30%СКД-СР+ПЭНД (мех. смесь) б) 30%СКД-СР+ПЭНД (ДТЭП)
Рис.3.1.2 Фотографии растяжения образцов состава 30%СКД-СР - ПЭ-276-73
При введении 40% каучука образец деформируется однородно, но характер деформирования остается пластичным. Уменьшается прочность, но увеличивается деформация (табл.3.1.1).
Таблица 3.1.1 Механические свойства термопластов: ПЭНД 276-73, ПП Каплен, механических смесей и ДТЭП на их основе *
|
Термопласт |
Концентрация СКД-СР,% |
Прочность при разрыве, у, МПа |
Относительное удлинение еотн,% |
Остаточное удлинение еост,% |
|
|
ПЭНД-276-73 |
0 |
39 |
620 |
600 |
|
|
30 |
|||||
|
40 |
|||||
|
ПП "Каплен" |
0 |
37 |
10 |
10 |
|
|
30 |
|||||
|
40 |
* в числителе - механические свойства для смесей без вулканизующих систем, в знаменателе - механические свойства для ДТЭП
3.1.2 Влияние динамической вулканизации на свойства ДТЭП на основе смесей ПЭНД/СКД-СР
Динамическая вулканизация смеси с концентрацией каучука 30% изменяет характер растяжения - образцы деформируются однородно (рис.3.1.3). Увеличивается прочность в 1,2 раза, деформация же увеличивается в 4 раза. Это происходит по следующим причинам:
1) сшивание частичек каучука,
2) образование связей между ПЭ-матрицей и каучуковыми частицами, что способствует росту адгезионной прочности межфазной границы и, как следствие, увеличению вклада эластомерной составляющей материала в формирование его деформационных свойств,
3) подшивание матрицы ПЭ. Для смеси с концентрацией каучука 40 % динамическая вулканизация увеличивает деформационно-прочностные показатели: относительное удлинение увеличивается в 4,7 раза, прочность - в 1,3 раза. Хотя образцы деформируется однородно, наличие остаточного удлинения указывает на сохранение пластической деформации (табл.3.1.1).
Рис.3.1.3 Кривые растяжения образцов состава: 30% СКД-СР/ПЭНД: механическая смесь (1), ДТЭП (2), 40% СКД-СР/ПЭНД: механическая смесь (3), ДТЭП (4)
3.1.3 Влияние концентрации каучука на свойства механических смесей на основе смесей ПП/СКД-СР
Чистый ПП разрушается на стадии формирования шейки. При введении 30% каучука деформация остается пластичной (рис.3.1.5). Сильно уменьшается прочность, но увеличивается относительное удлинение - в 2 раза. Образцы деформируются однородно (рис.3.1.4 а). С увеличением концентрации до 40 % характер деформирования не изменяется, увеличивается деформация, но уменьшается прочность.
а) 30%СКД-СР+ПП (мех. смесь) б) 30%СКД-СР+ПП (ДТЭП)
Рис.3.1.4 Фотографии растяжения образцов состава 30%СКД-СР-ПП
3.1.4 Влияние динамической вулканизации на свойства ДТЭП на основе смесей ПП/СКД-СР
Динамическая вулканизация оказывает влияние на предельные характеристики материала, но не изменяет характер растяжения (рис.3.1.5.), образцы деформируются однородно (рис.3.1.4).
Рис.3.1.5 Кривые растяжения образцов состава: 30%СКД-СР/ПП: механическая смесь (1), ДТЭП (2), 40%СКД-СР/ПП: механическая смесь (3), ДТЭП (4)
Несмотря на однородный характер растяжения ДТЭП, содержащих 40% 1,2-ПБ, материалы пластичны, о чем свидетельствуют значения остаточного удлинения. Для материала на основе ПЭНД остаточное удлинение ост=154%, а для ДТЭП на основе ПП ост=46% (табл.3.1.1.).
Сопоставляя данные по влиянию природы полиолефина на свойства динамического термоэластопласта, содержащего 40% СКД-СР, видим, что образцы на основе ПП имеют большую прочность, но меньшие значения относительного и остаточного удлинений. Высокие значения удлинений динамических вулканизатов на основе ПЭНД могут быть связаны с частичной подвулканизацией ПЭНД, повышенным взаимодействием на границе каучук-термопласт и понижением подвижностей цепей полиэтиленовой матрицы, на что указывают данные ПТР (табл.3.1.2.). На ПП ВС не оказывает влияние.
Табл.3.1.2 Величины показателя текучести расплава ПЭ и ПП (с вулканизующей системой и без, при нагрузке 5 кг
|
Система |
ПТР, г/мин |
|
|
ПЭНД |
4,1 |
|
|
ПЭНД-ВС |
2,5 |
|
|
ПП |
20,3 |
|
|
ПП-ВС |
20,4 |
Значения ПТР чистого ПП гораздо выше значений ПТР чистого ПЭ, что говорит о лучшей текучести ПП. При введении каучука ПТР уменьшается, но для систем на основе ПП также характерна более высокая текучесть в сравнении с системами на основе ПЭ. Динамическая вулканизация будет оказывать большее влияние на реологические свойства материалов на основе ПЭ, за счет его подшивания, в сравнении с материалами на основе ПП (табл.3.1.2).
При увеличении содержания каучука уменьшается содержание способного к вязкому течению термопласта, что приводит к снижению значений ПТР (табл.3.1.3).
Показатель текучести расплава уменьшается при динамической вулканизации, что связано с образованием связей на границе раздела фаз каучук-термопласт, затрудняющее течение. Способность к вязкому течению систем с 40 мас. % СКД-СР свидетельствует о сохранении непрерывности фазы термопласта.
Таблица 3.1.3 Величины показателя текучести расплава при температуре 190°С (для ПЭНД) и 220°С (для ПП) и различных нагрузках*
|
Термопласт |
Соотношение полимеров СКД-СР/термопласт |
Нагрузка, кг |
||
|
6,3 |
15,6 |
|||
|
ПЭНД-276-73 |
0/100 |
4,9±0,03 |
23,3±0,03 |
|
|
30/70 |
||||
|
40/60 |
||||
|
100/0 |
Не течет |
0,7±0,02 |
||
|
ПП "Каплен" |
0/100 |
25,0±0,02 |
108,5±0,04 |
|
|
30/70 |
||||
|
40/60 |
||||
|
100/0 |
Не течет |
0.7±0,03 |
* в числителе - ПТР для материалов без вулканизующих систем
в знаменателе - ПТР для материалов с вулканизующими системами
Для определения влияния динамической вулканизации на микроструктуру матричного полимера был проведен теплофизический анализ механических смесей и ДТЭП состава: 30%СКД-СР/ПЭНД и 30%СКД-СР/ПП. По данным ДСК (табл.3.1.4) можно сделать вывод, что динамическая вулканизация не оказывает влияния на структуру матричного полимера, т.к. не изменяются степень кристалличности и температура плавления.
Таблица 3.1.4 Теплофизические свойства систем на основе термопласт /СКД - СР, с концентрацией каучука 30%
|
Термопласт |
ДН, Дж/г |
интервал температур |
Тпл, оС |
степень кристалличности,% |
|
|
ПЭНД |
|||||
|
ПП |
* в числителе - для материалов без вулканизующих систем
в знаменателе - для материалов с вулканизующими системами
3.2 Влияние природы каучука на свойства ДТЭП
Влияние природы каучука на свойства динамических термоэластопластов рассматривали на смесях: СКД-СР/ПЭНД и СКЭПТ-712/ПЭНД. Вулканизаты на основе каучуков СКД-СР и СКЭПТ-712 имеют различные предельные показатели (рис.3.2.1.).
Рис.3.2.1 Кривые растяжения вулканизованных каучуков: СКЭПТ 712 (1), СКД-СР (2)
На рис.3.2.2 представлены кривые растяжения ДТЭП на основе СКЭПТ и СКД-СР с концентрацией каучука 30 и 40%. Для динамических вулканизатов на основе СКЭПТ с концентрацией каучука 30% характерно растяжение с образованием зуба текучести. С увеличением концентрации каучука до 40 мас. % зуб текучести вырождается, но образец деформируется неоднородно. Для динамических вулканизатов на основе каучука СКД-СР характерно однородное деформирование. Можно сделать вывод, что на характер деформирования влияет природа каучука.
Рис.3.2.2 Кривые растяжения ДТЭП состава: 30%СКЭПТ/ПЭНД (1), 40%СКЭПТ/ПЭНД (2), 30%СКД-СР/ПЭНД (3), 40%СКД-СР/ПЭНД (4).
При концентрации каучука 30% ДТЭП с каучуком СКД-СР разрушается при напряжении 14,7 МПа, прочность при разрыве ДТЭП со СКЭПТ гораздо выше - 40,3 МПа (табл.3.2.1). Можно предположить, что более высокие прочностные показания динамических вулканизатов на основе каучука СКЭПТ-712 связаны с большей прочностью каучука СКЭПТ-712 (рис.3.2.1). Деформационно-прочностные показатели ДТЭП на основе СКЭПТ-712/ПЭНД выше, чем у динамических вулканизатов на основе СКД-СР/ПЭНД. При совмещении полимеров с близкими параметрами растворимости можно ожидать в системе образование развитого межфазного слоя. Чем выше межфазные взаимодействия каучука с пластиком, тем лучшими физико-механическими свойствами будут обладать композиции на их основе [29].
Таблица 3.2.1 Механические свойства механических смесей и ДТЭП на основе ПЭНД 276-73 *
|
Каучук |
Концентрация каучука,% |
Прочность при разрыве, у, МПа |
Относительное удлинение еотн,% |
Остаточное удлинение еост,% |
|
|
СКД-СР |
0 |
39 |
620 |
600 |
|
|
30 |
|||||
|
40 |
|||||
|
100 |
2,2 |
480 |
- |
||
|
СКЭПТ - 712 |
0 |
39 |
620 |
600 |
|
|
30 |
|||||
|
40 |
|||||
|
100 |
4,3 |
332 |
- |
* в числителе - для материалов без вулканизующих систем
в знаменателе - для материалов с вулканизующими системами
3.3 Старение ДТЭП на основе ПЭНД/СКЭПТ-712, ПЭНД/СКД-СР и ПП/СКД-СР, содержащих 40 % каучука
Старение провели в условиях повышенной температуры (70оС) в течение 24 ч. После искусственного старения, характер растяжения ДТЭП не изменяется: как исходный, так и состаренный материалы деформируются одинаково: с образованием шейки (рис.3.3.1) - ДТЭП на основе СКЭПТ/ПЭНД, однородно СКД-СР/ПЭНД (рис.3.3.2) и СКД-СР/ПП (рис.3.3.3). Однако изменяются деформационно-прочностные характеристики.
Рис.3.3.1 Кривые растяжения исходного (1) и состаренного (2) ДТЭП состава 40 мас. % СКЭПТ марки 712 - 60 мас. % ПЭНД марки 276-73.
Рис.3.3.2 Кривые растяжения исходного (1) и состаренного (2) ДТЭП состава 40 мас. % СКД-СР - 60 мас. % ПЭНД марки 276-73
Рис.3.3.3 Кривые растяжения исходного (1) и состаренного (2) ДТЭП состава 40 мас. % СКД-СР - 60 мас. % ПП марки Каплен
В табл.3.3.1 приведены механические свойства динамических вулканизатов, подвергшихся искусственному старению.
Для ДТЭП, подвергшихся старению, на основе ПЭНД/СКД-СР и ПП/СКД-СР, не изменяются характер деформирования и механические характеристики. Что говорит о стабильности ДТЭП на основе каучука СКД-СР.
Для динамических вулканизатов на основе каучука СКЭПТ характерно незначительное увеличение относительного удлинения и прочности во время термоокислительного старения, что связано с дополнительным структурированием СКЭПТ.
Таблица 3.3.1 Механические свойства динамических вулканизатов с содержанием каучука 40% на основе: ПЭНД /СКЭПТ-712, ПЭНД /СКД-СР, и ПП/СКД-СР, подвергшихся искусственному старению *
|
ДТЭП |
Прочность при разрыве у, МПа |
Относительное удлинение ес,% |
Остаточное удлинение еост,% |
|
|
СКД-СР/ПП |
||||
|
СКД-СР/ПЭНД |
||||
|
СКЭПТ/ПЭНД |
*в числителе - свойства исходного ДТЭП,
в знаменателе - свойства состаренного ДТЭП
Таким образом, ДТЭП на основе каучука СКД-СР стойки к термоокислительному старению; в сравнении с ДТЭП на основе СКЭПТ-712, более стабильны, под действием повышенной температуры свойства не изменяются.
Таким образом, ДТЭП на основе 1,2-ПБ имеют высокие характеристики, сочетающие эластичные и эксплуатационные свойства вулканизованных резин и конструкционные свойства термопластов при переработке. Можно предложить их в производстве формовых и неформовых изделий для предприятий автомобилестроения и стройиндустрии.
В соответствии с ГОСТ 30547-97 на рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы можно предложить использование ДТЭП на основе 60%ПЭНД/40%СКД-СР в качестве рулонных кровельных материалов, т.к. они соответствуют поставленным требованиям (табл.3.3.2).
|
Показатели |
По ГОСТ 30547-97 |
ДТЭП на основе ПЭНД/40%СКД-СР |
|
|
Условная прочность при разрыве, МПа |
Не менее 8 |
13,8 |
|
|
Относительное удлинение, % |
Не менее 200 |
320 |
|
|
Термоусадка после 6ч. Термостатирования %, 70оС |
Не более 2 |
0,5 |
Заключение
В представленной работе были исследованы динамические термоэластопласты на основе ПЭВП и СКД-СР, и ПП и СКД-СР. В качестве вулканизующей системы использовали серную сшивающую систему. Установлено, что с увеличением содержания каучука в материалах реализуется переход от растяжения с образованием и ростом шейки к макрооднородному деформированию. Прочность материалов с увеличением концентрации каучука уменьшается, а относительное удлинение - увеличивается. Показано, что природа матрицы влияет на деформационное поведение механических смесей. Вне зависимости от характера растяжения матрицы, динамические вулканизаты на основе ПЭНД или ПП с концентрацией каучука СКД-СР 40% деформируются однородно и имеют высокие деформационно-прочностные свойства.
Изучив влияние каучука на свойства ДТЭП, пришли к выводу, что природа каучука также оказывает влияние на механические свойства ДТЭП. Концентрация каучука, при которой происходит переход от неоднородного деформирования к однородному также зависит от природы каучука.
ДТЭП на основе ПП имеют прочность несколько выше, чем прочность ДТЭП на основе ПЭ, и меньшие значения остаточного и относительного удлинений. Также динамические вулканизаты на основе ПП сохраняют достаточную текучесть для дальнейшей переработки.
ДТЭП на основе каучука СКД-СР стойки к термоокислительной деструкции.
Выводы
1. Проведен анализ свойств механических смесей и динамических вулканизатов на основе 1,2-полибутадиенового каучука СКД-СР и ПЭНД или ПП.
2. Изучено влияние матрицы и каучука на свойства ДТЭП. Природа каучука и термопласта оказывает влияние на характер деформирования и механические свойства.
3. Показано, что увеличение содержания 1,2-полибутадиена приводит к увеличению деформируемости, но снижению прочности ДТЭП на его основе. Содержание каучука при переходе от неоднородного к однородному деформированию зависит от свойств матричного полимера. Показано, что при содержании каучука СКД-СР 40% ДТЭП на основе как ПЭ, так и ПП деформируются однородно.
4. Установлено, что динамическая вулканизация не влияет на кристаллическую структуру матрицы: сохраняются степень кристалличности и температура плавления.
5. ДТЭП на основе 1,2-полибутадиена/ПП сохраняют текучесть, что говорит о возможности вторичной переработки.
6. Установлено, что концентрация каучука, при которой происходит переход от неоднородного деформирования к однородному, зависит от природы каучука и для ДТЭП на основе СКД-СР этот переход происходит при более низких концентрациях каучука в сравнении с ДТЭП на основе СКЭПТ.
7. Показано, что при искусственном старении ДТЭП на основе СКД-СР более стабильны и сохраняют свои свойства в сравнении с ДТЭП на основе СКЭПТ.
Список используемой литературы
1. http://kvart. knet.ru/rus/dtep. htm
2. Setua D. K., Soman C., Bhowmick A. K. // Polymer Engineering and Science. 2002. Vol.42. №1.
3. Пат. США № 3037954 (12.03.1962г.). / Gessler A.М., Hasslet W. H.
4. Савельева Н.В., Ланина Т.Ф., Пыжова Е.Д., Гринько Д.В. // Каучук и резина. 2006. №2.
5. Вольфсон С.И. Динамически вулканизованные термоэластопласты. М.: Наука, 2004
6. Коран А.И., Патея Р.П. // Сб. препринтов Межд. конф. по каучуку и резине. Киев, 1978. Т.3.
7. Канаузова А.А., Юмашев М.А., Донцов А.А. Получение термопластичных резин методом динамической вулканизации и их свойства. Тем. обзор. М.: ЦНИИТЭНефтехим. 1985
8. Баранов А.О., Котова А.В., Зеленецкий А.Н., Прут Э.В. Влияние характера химической реакции на структуру и свойства смесей при реакционном смешении полимеров. // Успехи химии. 1997. Т.66. С.972-984.
9. Ермаков С.Н., Кербер М.Л., Кравченко Т.П. Химическая модификация и смешение полимеров при реакционной экструзии. // Пласт. массы. 2007. № 10.
10. Прут Э.В., Зеленецкий А.Н., Чепель Л.М., Ерина Н.А., Дубникова И.Л., Новиков Д.Д. Термопластичная эластомерная композиция и способ ее получения // Патент №206927 Б.И. 1996. №32.
11. Coran A. Y., Patel R.rubber-thermoplastic composition. Part IV. Thermoplastic vulcanizates from various rubber-plastic comdination. // Rubber Chem. Technol. 1981. Vol.54.
12. Ерина Н.А., Карпова С.Г., Леднева О.А., Компаниец Л.В., Попов А.А., Прут Э.В. Влияние условий смешения на структуру и свойства смеси полипропилен - тройной этилен - пропиленовый сополимер. // Высокомолек. соед.Б. 1995. Т.37. №8.
13. Гугуева Т.А., Канаузова А.А., Резниченко С.В. Влияние вулканизующей системы на свойства термопластичных эластомеров на основе композиции этилен-пропиленового каучука и полиэтилена. // Каучук и резина. 1998. №4.
14. Мединцева Т.И., Купцов С.А., Сергеев А.И., Прут Э.В. Влияние состава вулканизующей системы на структуру и свойства динамически вулканизованных смесей изотактического полипропилена и этиленпропиленового эластомера, Высокомолекулярные соединения, 2006, том 48, № 9.
15. . Abdou-Sabet S., Puydak R. C., Rader C. P. // Rubber Chem. Technol. 1996. V.69. №3.
16. Мединцева Т.И., Ерина Н.А., Прут Э.В. Особенности структуры и механических свойств смесей изотактического полипропилена и тройного этиленпропиленового эластомера // Высокомолекулярные соединения, том 50, №6.
17. Юловская В.Д. Динамические термоэластопласты. Технология, структура и свойства, Учебное пособие. М: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2008
18. Пат. 2069217 Россия. 1996 // Б.И. 1996. № 32.
19. Баркнелл К.Б. Ударопрочные пластики. Л.: Химия, 1981. Gallagher M. T. // Rubber World. 1994. V.211. №3. Р.26.
20. Dao K. C. // J. Appl. Polym. Sci. 1982. V.27. ‹ 12.
21. Мединцева Т.И., Компаниец Л.В., Чадаев Д.В., Прут Э.В., Влияние динамической вулканизации на механические свойства смесей изотактического полипропилена и и тройного этиленпропиленового эластомера // Высокомолекулярные соединения, 2004, том 46, № 3.
22. Успехи химии и физики полимеров, Химия, М. 1970
23. Бойкова И.Н. Динер Е.З. Пром-сть СК. 1976. №10
24. Аксенов В.И., Соколова А.Д., Афанасьева В. В,, Арест-Якубович А.А., Свойства растворного 1,2-полибутадиена, полученного на каталитических системах н-бутиллитий - тетрагидрофурфурилат натрия (калия), Каучук и резина, 1990 №11
25. Демидова Н.М. Федюкин Д.Л., Шутилин Ю.Ф., Канаузова А.А. Зависимость свойств смесей и резин от структурных особенностей каучуков СКД-СР, Каучук и резина, 1986. №5
26. Куперман Ф.Е., Степанова Л.И., Марков И.Р. и др. "Влияние содержания 1,2звеньев в бутадиеновых каучуках на свойства шинных смесей и резин". Каучук и резина. 1994, №2.
27. Адамова Л.В., Корнякова Т.Ю., Тагер А.А., Шершнев В.А., Шундрина И.К., Юловская В.Д. / Высокомолек. соед.А. 1996. Т.38. №8. С.1362-1366.
28. www.polymers-money.com
29. Земский Д.Н., Иванов В.П., Казаков Ю.М., Вольфсон С.И., Использование гидрированных эластомеров в смесевых и динамических термоэластопластах. Каучук и резина, 2005, №2.
30. Федюкин Д.Л., Махлис Ф.А., Технические и технологические свойства резин, Москва, 1985
31. Фирсова Е.Н., Юловская В.Д., Влияние структуры 1,2-полибутадиенов на стойкость материалов к действию агрессивных сред (кислорода и озона). МГАТХТ им. М.В. Ломоносова, Москва 2002
32. Стереорегулярные каучуки. Под редакцией У. Солтмена.1, 2 части. Москва, 1981 год.
33. Гугуева Т. А, Канаузова А.А., Ревякин Б.И., Донцов А.А. Особенности термического старения термопластичных эластомеров на основе композиций этиленпропиленового каучука с полипропиленом, Каучук и резина, 1996, №6
34. Сухотина Т.М., Борисова Н.Н. Свойства этиленпропиленовых каучуков и резин на их основе. Тем. Обзор. М.: ЦНИИ-Тэнефтехим, 1973.
35. Бойкова И.Н., Монгайт Е.З., Дроздов Б.Т., Ермакова И.Н. Свойства резин на основе СКД-СР и СКДЛБ, Каучук и резина, 1991, №7
36. В.С. Ким, Химия и технология диэлектрических материалов. Учебное пособие, Издательство ТПУ, Томск 2005
37. Д.В. Ван Кревелен, Свойства и химическое строение полимеров, Москва, "Химия", 1976
38. Прут Э.В., Зеленецкий А.Н., Чепель Л.М., Ерина Н.А., Дубникова И.Л., Новиков Д.Д. // Патент №2069217 C1, Б.И. 1996. №32.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Процесс вулканизации резины, ее общая характеристика. Классификация каучука, особенности его применения в России. Специфические свойства резин. Технология получения, методы воздействия на их свойства. Описание и свойства готовых резинотехнических изделий.
реферат [13,2 K], добавлен 28.12.2009Разновидности каучука, особенности его применения в промышленности и технологии изготовления. Влияние введения дополнительных ингредиентов и использование вулканизации при изготовлении каучука на конечные свойства продукта. Охрана труда при работах.
дипломная работа [220,4 K], добавлен 20.08.2009Технология изготовления изделий из пластмасс прессованием. Основные группы пластмасс, их физические свойства, недостатки и способы переработки. Специальные свойства резины, зависящие от типа применяемого каучука. Сущность и значение вулканизации.
лабораторная работа [165,8 K], добавлен 06.05.2009Разработка рецептуры для резин на основе модифицированного каучука Therban AT 065 VP с применением гидрофобного аэросила. Расчет массовой доли ингредиентов. Определение кинетики вулканизации, упруго-прочностных свойств, стойкости к воздействию масел.
дипломная работа [4,6 M], добавлен 03.02.2015Характеристика и виды оборудования, применяемого для смешения для полимерных материалов, особенности их использования и назначение. Экспериментальная оценка гомогенности смеси. Основные закономерности ламинарного смешения. Механизм смешения в камере ЗРС.
контрольная работа [2,1 M], добавлен 28.01.2010Кинетика вулканизации резины. Особенности вулканизации смесей на основе комбинации каучуков CКД-CКН-40 обычными серными вулканизующими системами. Механизм разрушения полимера. Особенности разрушения полимеров в различных физических и фазовых состояниях.
отчет по практике [352,6 K], добавлен 06.04.2015Использование математических моделей объектов регулирования для анализа их свойств. Статическая характеристика напорного бака. Получение передаточных функций по заданным динамическим каналам объекта. Математическое описание модели теплообменника смешения.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 10.04.2011Формирование нефтяных смесей с целью увеличения отбора целевых фракций. Получение масляных дистиллятов с улучшенными характеристиками на основе оптимизации смешения нефтей. Графоаналитические методы обеспечения полного использования потенциала сырья.
статья [484,6 K], добавлен 25.03.2015Физико-химические явления в процессах переработки каучуков и резиновых смесей. Особенности современной технологии приготовления резиновых смесей. Приготовление смесей на основе изопренового каучука. Обработка резиновых смесей на валковых машинах.
курсовая работа [374,7 K], добавлен 04.01.2010Применение техногенных отходов различных химических и нефтехимических производств в технологии получения полимерных композиционных материалов. Получение низкомолекулярных сополимеров (олигомеров) из побочных продуктов производства бутадиенового каучука.
автореферат [549,3 K], добавлен 28.06.2011
