Влияние содержания 1,2-полибутадиена на свойства динамических термоэластопластов (стр. 6 из 10)

2. Микросмеситель "Брабендер"

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 m_{наб -} масса набухшего образца, m_{выс -} масса высохшего образца

Затем определяли1/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: М_min - минимальный крутящий момент; М_max - максимальный крутящий момент, характеризующий жесткость каучука; τ_{С -} время начала вулканизации; τ_С90 - оптимальное время вулканизации - момент времени соответствующий М= [М_min+0,9 (М_max - М_min)]; скорость вулканизации V_С [%/мин], рассчитанную как V_С = 100 / [τ_{С90 -} τ_С].

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/τ,

где τ - 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 σ МПа и относительное удлинение при разрыве ε %.

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 (ΔН), определяемое по площади пика между кривой ДСК и базисной линией. Степень кристалличности ПЭНД (α) определяли по формуле:

,

где

- удельная теплота плавления ПЭНД, Дж/г.

Степень кристалличности ПП (α) определяли по формуле:

,

где

- удельная теплота плавления ПП, Дж/г.

Температурной характеристикой плавления ПЭНД служила температура экстремума Т_max. 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 Zпри смешении компонентов:

ΔZ=ΔH-TΔS< 0

где ΔH - тепловой эффект смешения; Т - абсолютная температура; ΔS - 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 V_s=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 70^оС 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:

ρ - 0,96 г/см³, М_о - 54 г/моль

F^1.2-ПБ=F

+ F + F + F =133+28+111+190=462

F^1.4-ПБ=2F

+ 2F =2*133+2*111=488

(кал/см³)

СКЭПТ-712

ρ - 0,86 г/см³

СКЭПТ: 52% - ПЭ, 48% - ПП, 4,5% -ЭНБ

F^ПЭ= 2F

=2*133=266 Мпэ=42 г/моль

F^ПП=F

+ F + F^-CH3=133+28+214=375