Реферати українською » Промышленность, производство » Вплив вмісту 1,2-полібутадієн на властивості динамічних термоеластопластів


Реферат Вплив вмісту 1,2-полібутадієн на властивості динамічних термоеластопластів

Страница 1 из 5 | Следующая страница

Федеральне агентство за освітою

Державне освітнє установа

Вищої професійної освіти

"Московська державна академія тонкої хімічної технології імені М. В. Ломоносова"

КафедраХимии і фізики полімерів і полімерних матеріалів їм.Б.А.Догадкина

ВПЛИВСОДЕРЖАНИЯ1,2-ПОЛИБУТАДИЕНА НАСВОЙСТВАДИНАМИЧЕСКИХТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ

Кваліфікаційна робота бакалавра

в напрямі 150600.62 "Матеріалознавство й технологія нових матеріалів"

Завідувач кафедриХФП і ЛМ,

буд. т. зв., проф. С.В. Рєзніченка

Науковий керівник

до. x. зв.,доц.В.Д.Юловская

Консультант з наукової частини

буд. x. зв.О.А.Серенко

Студент грн.МТ-46пТ.В. Коновалова

 

Москва 2009


>Оглавление

Запровадження

1. Літературний огляд

1.1 ІсторіяДТЭП

1.2 Одержаннятермопластичнихеластомеров методом динамічної вулканізації

1.3 СтруктураДТЭП

1.4Физико-механические властивостіДТЭП

1.5 Фізичні властивості і мікроструктура1,2-полибутадиена

1.6 Особливості термічного старіння

1.7 Області застосуванняДТЭП

2. Об'єкти і силові методи дослідження

2.1 Матеріали

2.2 Устаткування

2.3 Методика приготування зразків

2.3.1 Одержання сумішейеластомер-термопласт

2.3.2 ОдержанняДТЭП

2.4 Методи дослідження

2.4.1 Визначення густоти сітки методом рівноважного набрякання

2.4.2Виброреомометрия

2.4.3 Визначення показника плинності розплаву

2.4.4Механические випробування

2.4.5Дифференциальнаясканирующаякалориметрия (ДБК)

2.4.6 Розрахунок параметрів розчинності

2.4.7 Штучне старіння

3. Експериментальна частина, й обговорення результатів

3.1 Вплив матричного полімеру на структуру і їхні властивості сумішейСКД-СР/ПЭНД іСКД-СР/ ПП іДТЭП з їхньої основі

3.1.1 Вплив концентрації каучуку на властивості механічних сумішей з урахуванням сумішейПЭНД/СКД-СР

3.1.2 Вплив динамічної вулканізації на властивостіДТЭП з урахуванням сумішейПЭНД/СКД-СР

3.1.3 Вплив концентрації каучуку на властивості механічних сумішей з урахуванням сумішейПП/СКД-СР

3.1.4 Вплив динамічної вулканізації на властивостіДТЭП з урахуванням сумішейПП/СКД-СР

3.2 Вплив природи каучуку на властивостіДТЭП

3.3 СтарінняДТЭП з урахуваннямПЭНД/СКЭПТ-712,ПЭНД/СКД-СР іПП/СКД-СР, містять 40 % каучуку

Укладання

Висновки

Список використовуваної літератури


Запровадження

Динамічнітермоеластопласти (>ДТЭП) є різновидомтермоеластопластов (>ТЭП), що становлять полімерні композиційні матеріали, поєднують властивості гум при експлуатації і їхні властивостітермопластов при переробці [1]. Отже,ДТЭП мають характеристиками, яквулканизованних гум, і конструктивними властивостямитермопластов.

Динамічнітермоеластопласти отримують шляхом змішання каучуку зтермопластом за одночасної вулканізаціїеластомера у процесі змішання - "метод динамічної вулканізації". Одержуваний матеріал характеризується однорідним розподілом частинок каучуковою фази в безупинної матрицітермопласта. Розмір каучукових частинок вбирається у кількох мікронів. Зміст каучуку втермопласте визначається рецептурою і може становити 60-70 мас. % (>ДТЭП).

Динамічна вулканізація дає змогу отримувати матеріали з високими фізико-механічними властивостями, широким інтервалом працездатності, значно нижчою вартістю готової продукції. Зазначеним чином отримуютьДТЭП з поліолефінів, але й інших полімерних матеріалів.

Так, динамічноївулканизацией суміші поліаміду ігалогенсодержащегосополимераизобутилена іп-метилстирола випускаютьДТЭП, з яких виготовляютьгерметизирующий шар шин або різні верстви шлангів.

Завдяки своєї щодо низьку вартість і високими експлуатаційними характеристиками,ДТЭП є з найперспективніших класів полімерних композиційних матеріалів.

Поєднаннякаучуков з пластиками дозволяє створити композиційні матеріали з різними властивостями, відмінними від властивостей вихідних компонентів. Змінюючи співвідношеннякаучуков ітермопластов, що використовуються виготовленняДТЭП, можна варіювати властивості продукту від гуми до пластика. Використовуючи різні полімери за межах змінювати властивості матеріалів і створювати нові вироби із необхідним комплексом властивостей.

Особливі якості матеріалу роблять його стовідсотково придатним вторинної переробки. Легкість виготовлення, широкі простори для дизайну і еластичністьДТЭП дають очевидні переваги: розширити асортимент своєї продукції й тимчасово підвищити її довговічність [1].

Останніми роками інтенсивно розвивається виробництво й застосування їх динамічнихтермоеластопластов. ЗастосуванняДЭТП дає можливість створення повністю автоматизованого процесу виробництва, скорочення витрат енерговитрат, утилізації відходів, і навіть можливістьмногократной переробки матеріалу без погіршення властивостей, що забезпечує величезне зниження вартості готової продукції.

НиніДТЭП є сировиною,завоевивающим світовий ринок із прогресією 10-15% на рік.ПроизводствомДТЭП там зайняті більш 20 провідних фірм, що випускають близько 40 різних типів цих матеріалів.

Як вихідне сировинутермоеластопласти за вартістю дорожчекаучуков. Проте видатки переробку одного кілограма каучуку набагато вища, оскільки процес переробки каучуку в готові вироби включає стадії змішання, формування і вулканізації, що потребує високих капітальних, енергетичних і трудових витрат.

Причому з кожної стадії переробки утворюються відходи, які важко, а й у неможливо повторно використовувати.ДТЭП ж переробляється практично до однієї стадію без відходів виробництва та зі значно меншими виробничими витратами (виключається енергоємна стадія вулканізації).

>термоеластопласт каучук вулканізація динамічна

Мета роботи - дослідження впливу концентрації1,2-полибутадиенового каучуку надеформационное поведінкавулканизованних сумішей з урахуванням поліолефінів.


1. Літературний огляд 1.1 ІсторіяДТЭП

Вважається, перші згадування про змішаних системах пластика з каучуком датуються 1944 р., у роботі R. A.Emmett [2] описані сумішібутадиен-нитрильного каучуку зполивинилхлоридом. Проте історія виникнення нового класу полімерних матеріалів,сочетающих у собі властивостітермопластов і які зшилиеластомеров, почалася наприкінці 50-х років із появи над ринком перших мароктермопластичного поліуретану істирол-бутадиен-стирольнихеластомеров. У 1959 р. фірма “B. F.Goodrich” випустила першу комерційну марку поліуретануЭстан (>Estane). Приблизно тоді водночас з'явився матеріал під маркоюКратон (>Kraton) від компанії “Shell Chemical” -ДТЭП з урахуваннямблоксополимера стиролу.

>ДинамическивулканизованниеолефиновиеДТЭП були вперше описані у [3] і при отриманніударопрочной композиції з урахуванням суміші поліпропілену (ПП) іполиизобутилена, що містить різні кількостічастично-сшитогоеластомера. А перші зшиті суміші поліпропілену зетилен-пропилен-диеновим каучуком (>СКЭПТ) отримано M.Holzer з працівниками в 1966 р. Піонером серед промислових марок вважається випущений 1971 р. фірмою “>Uniroyal" новий матеріал під маркою ТПР (>TPR) -вулканизованнийДТЭП, отриманий за технологією методом "динамічної вулканізації" системиПП+СКЭПТ. Багатьомтермоеластопластов існує ця проста і ефективний спосіб приготуваннякомпаунда шляхом інтенсивного механічного змішання каучуку з пластиками. Яктермопластов використовуються гомо - чисополимери етилену і пропилену, а створенняеластомерной фази відомо застосування найрізноманітнішихкаучуков - натурального,изопренового,бутадиенового,бутадиен-стирольного,бутадиен-нитрильного,бутилкаучука,етилен-пропиленових,епихлоргидринових,пропиленоксидних,силоксанових,фторкаучуков та інших. За рахунок повної чи часткової вулканізації каучуковою фази з допомогою різнихвулканизующих систем (сірчаної,пероксидной, смоляний) з'являється можливість здійснювати модифікування фізико-хімічних і експлуатаційних характеристик матеріалів. Це досягається завдяки освіті у процесі змішання у спеціальнихсмесителях чиекструдерах і одночасної вулканізації характерноюгетерофазной структури, що ємелкодисперсную (>субмикронную)вулканизованную фазуеластомера в безупинної середовищітермопласта.

Завдяки впровадженню цій технології у світі з'явилися дуже популярні сьогодні матеріали. 1981-го р. американської фірмою “Monsanto" ринку був випущенийтермопластичнийвулканизат маркиСантопрен (>Santoprene), а пізніше розроблено й інші марки динамічнихвулканизатов (>Джеоласт (>Geolast) іВайрам (>Vyram)). Сьогодні “Monsanto”, перетворена до компанії “>AdvanсedElastomer Systems" (AES), постало як підрозділ найбільшого нафтохімічного концерну “ExxonMobil Chemical” і випускає близько 100 різних марок цих матеріалів загальним обсягом понад 100 тис. т дизпалива на рік [4].

Сьогодні там випускається широкий, спектртермопластичнихеластомерних матеріалів (відомо лише близько 50 видівДТЭП - понад 700 кримінальних марок), які мають різноманітним комплексом важливих експлуатаційних властивостей.

У Росії її пріоритет у сфері належить хімікамБашкортостана: прогресивна технологія отриманняТПЭ методом "динамічної вулканізації" вперше у промисловому масштабі була освоєна м. Уфі з урахуванням ВАТ ">Уфаоргсинтез" 1999 р. з прикладуелектроизоляционнихкомпаундов з урахуванням сумішей поліпропілену іСКЭПТ.

Зараз перше місце виробництвуДТЭП у Росії займає ЗАТ ">Кварт" (р. Казань). ">Кварт" 2004 року. запустив технологічну лінію із виробництва олефінових "динамічних"вулканизатов марки ">Квартопрен" для автомобілебудування і будіндустрії.

 

1.2 Одержаннятермопластичнихеластомеров методом динамічної вулканізації

Нині у виробництві композиційних виробів розробляють нові технологічні процеси, створені задля підвищення продуктивність праці з допомогою інтенсифікації, механізації і автоматизації виробництва, зменшення відходів та вторинного використання сировини. До до їх числа належить отримання перспективного класу полімерних матеріалів - динамічнихтермоеластопластов (>ДТЭП).

Особливістю технології отриманняДТЭП з комбінаціїкаучук-термопласт є суміщення стадії змішання і вулканізації.

Для отриманняДТЭП застосовують як періодичні, і безперервні способи змішання. При безупинному способі змішання використовуютьодношнековие чидвухшнековие змішувальні машини зL/D> 40, складної геометрією черв'яка і з велику кількість робочих зон (завантаження,пластикация, змішання, дегазація, грануляція) (рис 1-1.). У цьому на процес змішання накладається хімічна реакція зшивання, внаслідок якої структураеластомерной фази і збільшується в'язкість середовища, що перешкоджаєгомогенизацию суміші. Для отримання невеликих кількостейДТЭП можна використовувати високотемпературнівальци різних ж розмірів тафрикций. Проведення вулканізаціїеластомера у процесі змішання призводить до сильномугазовиделению, тому змішувальне обладнання має бути оснащено потужної витяжний вентиляцією.

У лабораторних умовахДТЭП отримують напластикодере ">Брабендер", що моделює роботу швидкісного змішувача періодичної дії. Конструкція приладу дозволяє ставити швидкість обертання роторів від 0 до 120 об./хв, початкову температуру всмесительной камері від 20 до200°С. Нарис.1.1 [5] приведено типовапластограмма (залежністькрутящего моменту на валу приводу М>кр від часу змішання), отримувана у процесі змішання. Спочатку з допомогою переходу каучуку ввязкотекучее стан і зменшення в'язкості на підвищення температури крутний момент зменшується до М>кр1. Потім у процесі змішання вводятьсявулканизующие агенти й відбувається динамічна вулканізація, про що свідчить підвищеннякрутящего моменту до М>кр2. Після цього внаслідок перебігумеханохимических процесів крутний момент зменшується до значення М>кр3.

>Рис. 1.1. Типовапластограмма отриманняДТЭП.

 

>Рис 1.2 Принципові схеми отриманняТЭП періодичним (чи безперервним (б) способами:

(а) - Періодичний спосіб: 1 - бункери для інгредієнтів, 2 - високошвидкісної змішувач, 3 -екструдер, 4 -гранулирующая голівка, 5 - що охолоджує ванна, 6 - збірник гранул.

(б) - Безперервний спосіб: -полиолефин, 2 - каучук, 3 -сшивающий агент, 4 - інші компоненти, 5 -двушнековийекструдерZSK, 6 - вакуумна дегазація, 7 -гранулятор.

Найкращими фізико-механічними властивостями мають композиції, отримані за частоти обертання роторів 90-100 об./хв і тривалості динамічної вулканізації, на 3-5 хв перевищує час досягнення максимуму. Це підтверджує відомий факт [6], щоДТЭП з оптимальним комплексом властивостей можна лише з дисперсіїмикрогелевих частинок зшитого каучуку розміром 0,5-5мкм, рівномірно розподілених в безупинної фазітермопласта. Останнє досягається з допомогою перебігумеханохимических процесів ввулканизованной каучуковою фазі при безупинному інтенсивномусдвиговомдеформировании.

Метод динамічної вулканізації дає змогу отримуватиДТЭП з урахуванням якгибкоцепних, іжесткоцепнихтермопластов з різними насиченими і ненасиченимикаучуками,вулканизованними різними органічнимипероксидами, сірою економікою та прискорювачами,дивинилбензолами, органічнимипероксидами зполифункциональними іаллильнимимономерами чи з кислотними функціональними групами,фенольними смолами,бис-полиимидами та інших. Залежно від співвідношення каучукполиолефин можна одержуватиДТЭП із широкою спектром властивостей від еластичних доударопрочних. ОдержанняДТЭП з високими стабільними властивостями пов'язані з рішенням чотирьох основних цілей [5, 7]:

вибір відповідних пареластомер-полиолефин;

оптимізація умов змішання і переробки;

розробка рецептури, сприяє збільшення взаємодії за українсько-словацьким кордоном розділу фаз;

зшиванняеластомерной фази.

Поруч із рецептурними чинниками, режим змішання і переробки, типсмесительного устаткування є з основних чинників, які впливають формування структури та властивостей механічних сумішей полімерів, зокрема основі композиціїеластомер-пластик [8,9]. Для отриманняДТЭП з стабільнішими властивостями рекомендується вторинна переробка матеріалу всмесительном апараті за температур вище Тст чи Тпл >термопласта з наступнимгранулированием [5, 10].

Проблема послідовності запровадження компонентів векструдер-реактор є неабияк актуальною. Наприклад, варіюючи послідовність запровадження технічного вуглецю вДТЭП, можна змінювати удільне опір кінцевий продукт від 3.7-1013 до 2.5Ом-см.

Знання послідовності запровадження компонентів й застосування їх критеріїв >Индукционний період (радіусекструдата) 2/6* (ефективна константа дифузії) та максимальна швидкість вулканізації 1/ (індукційний період деструкції - індукційний період) дозволило розробити процес динамічної вулканізації до однієї стадію [10, 11].

Одержання матеріалів з однорідним розподілом каучукових частинок можливо, й при застосуванні методів змішання полімерів. Однією з них методупруго-деформационного впливу (УВС), дозволяє поєднати процеси змішання компонентів,диспергирования (подрібнення) матеріалу й у окремих випадках хімічної модифікації, що з протіканняммеханохимических перетворень й утвореннямсополимеров за українсько-словацьким кордоном розділу фаз в останній момент змішання компонентів [12].

Діяльність [13] досліджували вплив типувулканизационной системи на швидкість вулканізації і їхні властивостіДТЭП. Встановлено, що сірчанавулканизующая система має найменший індукційний період, і найвищий швидкість вулканізації, а при вулканізації смолами (смоляна система), навпаки, індукційний період найбільший, а швидкість вулканізації найменша.

У дослідженнях кінетики вулканізації систем з різноманітним вмістомвулканизующих агентів виявлено, що зі збільшенням чи зменшенням вдвічі концентрації цих агентів швидкість вулканізації мало змінюється незалежно від природивулканизующей системи. У той самий час, у разі використання сірчаноївулканизующей системи із зменшенням її концентрації індукційний період зростає, а разі використання смоляний системи - залежить від її концентрації. Щільністьсшивок потрійногоетиленпропиленовогосополимера, що містить у ролі третьої компонентавинилнорборнен, залежить екстремально від концентрації пероксиду.

Вплив змістувулканизующих агентів на властивостіДТЭП перебувати на стадії вивчення. За результатами роботи [13], зміствулканизующих агентів мало впливає еластичність поотскоку і твердість зразківДТЭП. Зі збільшенням концентрації сірчаних агентівдеформационно-прочностние характеристикиДТЭП поліпшувалися, і з збільшенням концентрації агентів смоляний системи - погіршувалися. З зменшенням змістувулканизующих агентів зменшувалася міцність, і збільшувалася граничне подовження при розтягненні і залишкове подовження після розриву.

ЗС при динамічної вулканізації впливає як у каучук, і на матрицю. За результатами роботи [14] можна сказати, що додавання ЗС у ПП змінюють його деформаційні характеристики. Модуль пружності збільшується, а межа плинності, гранична міцність іразривное подовження зменшуються. У цьому температура кристалізації ПП зростає, але сумарна ступінькристалличности залишається незмінною.Механические характеристики ПП при додаванні щодо нього елементарної сірки мало змінюються. Динамічна вулканізація у присутності ЗС впливає процес кристалізації ПП (>теплофизические властивості і кристалічну модифікацію) у його суміші зіСКЭПТ. За даними дослідження структури сумішей методомЯМР-релаксации концентраціявулканизующих агентів впливає структуру аморфних областей.

З використаннямфенольной системиДТЭП мають найкращі фінансові показники, особливо з набряканню у маслі і залишковому подовженню при стискуванні.

Дослідники [5,7] досліджували кінетику вулканізації сумішіСКЭПТ-ПП у присутностісероускорительной системи в інтервалі температур120-190°С. СпіввідношенняСКЭПТ: ПП варіювали від 100: 0 до 100: 100. На кривою вулканізації спостерігали три періоду, що відповідають основним стадіям вулканізації: перший - індукційний період, другий - період формування сітки,третий-периодперевулканизации. Показано, що ефективна енергія активації реакції для вихідногоеластомера і сумішей змінюється мало. Вона становить 7.11-11.17 для сумішей і 8.85 Ккал/ міль дляеластомера. У той самий час індукційний період, і константа швидкості реакції змінювалися.

ОдержанняДТЭП з урахуванням ПП зазвичай, проводять за температур вище180°С.Протекающие при таких температурах процеси деструкції погіршують властивості ПП іеластомерной фази. Якщо ролівулканизующих агентів використовують пероксиди, то крім реакцій деструкції відбуваються реакції зшивання компонентів. Тож отриманняДТЭП з оптимальними параметрами треба зазначититемпературно-временние умови формування сітчастої структуриеластомера в суміші, а під час використанняпероксидов - кінетику деструкції і зшивання ПП і безперервної освіти міжфазних зв'язківполимер-еластомер.

Експлуатаційні показникиДТЭП: висока стійкість до озону і ультрафіолетовим випромінюванням, стійкість до хімічної впливу, широкий температурний інтервал працездатності стабільно висока якість, мінімальні допуску розмірів на виробі, низька усадка, опір ударним навантажень, витривалість до вигину, висока міцність.

 

1.3 СтруктураДТЭП

Структура сумішей полімерів залежить відтермодинамической сумісності полімерів у процесі їх отримання. Кількість термодинамічно сумісних пар невелика. Підвищити сумісність

Страница 1 из 5 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація