автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Получение и переработка наполненных материалов на основе полипропилена

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт имени Д. И. Менделеева

На правах рукописи Для служебного пользования экз. №

МУСАЛИМОВ Идеал Галиевич

ПОЛУЧЕНИЕ И ПЕРЕРАБОТКА НАПОЛНЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА

05.17.06-Технология и переработка пластических масс и стеклопластиков

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЛГ -3.3. /25 ДСП от 16. 09. 92

'/ , V /С, ' ( ^-Москна-1992

</ / / ) .

Работа выполнена в производственной объединение и1Саз строй-полимер" и на кафедре технологии переработки пластических масс Московского химико-технологического института им.Д.И.Менделеева.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Будницкий Ю.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Григорьянц И.К.; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Полуянов А.Ф.

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт санитарной техники. . . _ _

Защита состоится 1992 г. в /Ш

час. в цуд. (1_ на заседании специализированного

Совета А 053.34.02. в Московском химико-технологическом институте иы.Д.И.Менделеева по адресу: 125190, Москва, А-190, Ццус-ская пл., д.9.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре НХТИ им.Д.И.Менделеева.

Л! т^^гх

Автореферат разослан слл 1992

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат химических наук, доцент Л.Ф.Клабукова

Актуальность проблемы. В рыночных условиях хозяйствования актуальны вопросы анализа источников образования материальных ресурсов в количестве и ассортименте, обеспечивающих надежное обеспечение потребительского рынка и внедрение результатов анализа в практику.

В этой связи существенными факторами, стицулирущиии применение полимерных композиционных материалов в строительной индустрии, является возможность выявления и вовлечения в хозяйственный оборот новых сырьевых ресурсов, а также наличие в регионе технической возможности создания комплекса для подготовки и переработки сырьевых компонентов и композиционных материалов.

Анализ сырьевых и технических резервов Республики Казахстан, теоретического и практического опыта определили актуальность разработки и внедрения технологии композиционных материалов на основе термопластов для производства строительных материалов для Центрального Казахстана, испытывающего острый дефицит в традиционных материалах.

Так, анализ запасов нерудных материалов Казахстана показал перспективность применения в качестве наполнителей ракушечника. Особый интерес представляет микроволокнистый волластонит, месторождение которого Епервые.в СНГ обнаружено в Центральном Казахстане. В качестве полимера представляется целесообразным использование полипропилена (ПП) »Урьевского химического завода.

Целью работы является создание высокопроизводительных технологических процессов производства дисперсных и микроволокнистых наполнителей и наполненных материалов на основе полипропилена с их использованием и переработки полученных материалов в изделия строительного назначения, с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

• Научная новизна. Показана эффективность регулирования свойств материалов на основе ПП, содержащих мелкодисперсные и микроволокнистые наполнители^ за счет введения в процессе переработки модифицирующих добавок. Показана перспективность использования бутадиенметилстирального каучука (МСК) и диметилдиэтоксисилокса-новой жидкости (КО "Силор"). Определено оптимальное содержание модифицирующих добавок, обеспечивающих высокие прочностные, реологические, технологические и эксплуатационные характеристики материала.

Определены оптимальные составы композиционных материалов, содержащих ракушечник и волластонит. Показано, что при введении смеси дисперсного и микроволокнистого наполнителей сохранение прочностных свойств достигается при степени наполнения 40 масс.$. Установлено, что оптимальные прочностные и технологические свойства имеют материалы, содержащие ракушечник с дисперсностью до 40 мкм и волластонит с длиной волокна 40-80 мкм.

Определены технологические параметры получения дисперсных и иикроволокнистых наполнителей с указанными размерами и переработки наполненных материалов в изделия методом литья под давлением и окструэиой.

Практическое применение результатов работы. Разработаны непрерывные технологические процессы производства дисперсных и микроволокнист их наполнителей. Определены технологические параметры обогащения и. измельчения ра^шечника. Показано, что по своим характеристикам композиции ПП, содержащие мелкодисперсный ракушечник, мо1^т применяться для производства литьевьгх санитарно-технических изделий.

Разработана непрерывная технология обогащения и измельчения волластонита. Определены условия проведения процесса обогащения и измельчения волластонитовой руды и установлена зависимость прочностных, технологических и эксплуатационных характеристик композиционных материалов в зависимости от фракционного состава волластонита. Показана возможность использования данных материалов для производства изделий методом экструзии.

Разработана совмещенная технология наполнения Ш1 смесью ракушечника и волластонита. Установлена взаимосвязь содержания,соотношения и качзства дисперсного и микроьолокнистого наполнителей с прочностными, технологическими и эксплуатационными свойствами композиций.

Разриботанные наполненные материалы на основе модицифирован-ного ДП перспективны дая производства санитарно-технических изделий, канализационных и водопроводных труб и фасонных изделий для коммуникаций водо- и теплоснабжения.

Разработанные процессы реализованы на ПО "Казстройполииер".

Объекты и методы исследования. Объектами исследования служили наполненные дисперсным ракушечником и микроволокнистим воллас-тонитом материалы на основе модифицированного ПП. В качестве по-

лимерной матрицы использовали ПП с ИГР 4-0 г/10 мин., плотностью

0.910 г/см3 марки 21060 (ТУ 26996-66). Модификации ПП осуществляли бутадиенметилстирольным каучуком (МСК) марки С1МС-30 РП

(ТУ 38-Ю34С8-78) и кремнийорганическим олигомером КО "Силор" (ТУ 38-403055-89). В качества наполнителя использовали: мелкодисперсный ракушечник Жетыбайского меторождония и микроволокнистый золластонит Босагинского месторождения (Республика Казахстан). Композиции готовили по разработанной технологии, совмещающей обогащение, измельчение и смешение с порошкообразным ПП и другими целевыми компонентами на струйно-вихревых установках. Технологически е параметры процессов обогащения, помола, смешения, измельчения, экструзии и литья под давлением определяли экспериментально.

Роологические свойства изучали на капиллярном вискозиметре постоянных расходов "Реограф-2001" и "Реограф-100С" фирмы "Гетт-ферт Файнтехник" в диапазоне температур 433-523 К и скоростей сдвига от до Измерение проводили на круглых и плос-

кощелевых каналах. Диаметр какала составлял 1-2 мм при длине 10-40 мм, а размеры плоскощелевого канала - 85x10x1 им. Давление, создаваемое в вискозиметрическом резервуаре с диаметром 12 мм, измеряли непосредственно перед входом з канал.

Технологические свойства наполненных материалов определяли на экструзиографе "Брабендер" и по заполнению спиральной формы "улитка".

Динамические механические свойства изучали на обратном крутильном маятнике при частоте I Гц при 120-140 К. Релаксационные процессы изучали на приборе "УТС-10" фирмы "Тесттехник" и методом термости^улированных токов деполяризации.

Теплофизические характеристики, процессы кристаллизации и плавления исследовали на приборе "ТА-ЗОСЮ" фирмы "Моттлер" в диапазоне температур 213-673 К со скоростью нагрева и охлаждения

1, 2, 5 и 10 град/мин.

Прогнозирование эксплуатационных характеристик проводили по методике ЦНИНТочмаш согласно РТМ-А-5550-73 и в условиях естественного старения в климатических условиях Центрального Казахстана.

Результаты исследований и их обсуждение.

Определение состава модифицированных наполненных материалов на основе полипропилена. Результаты предварительных лабораторных испытаний показали возможность наполнения Ш дисперсным ра^шеч-

никои и микроволокнистым волластонигом Метыбайского и Босагин-ского месторождений соответственно. Как показали испытания, при содержании дисперсного свьяпе 30 иасс.% и микроволокнистого свы-ые 20 иасс.% наполнителей наблюдается снижение прочностных характеристик. Содержание волластонита свыше 15 иасс.% приводит к "запиранию" канала литьевой формы, а в материалах наблюдается анизотропия прочностных характеристик, что ограничивает его содержание в композициях, предназначенных для литьевых санитарно-технических изделий.

Большое влияние на свойства оказывает дисперсность используемых наполнителей. Так, наилушие результаты получали при введении ра^шечника с размерами частиц до 40 мкм, а при использовании солластонита - с длиной волокна 40-60 мкм. При совместном введении дисперсного и микроволокнистого наполнителя достигали сохранении прочностных свойств при степени наполнения 40 масс.Я. Так, при содержании 15 масс.% волластонит и 25 иасс.% ракушечник достигаются наилучшие результаты, прочность при растяжении не иенее 30 М11а. Как известно, ото обусловлено достижением оптимальной бимодальной упаковки частиц наполнителей в объеме полимерного свяэуюцего. 0 достижении бимодальной упаковки судили по возрастании энергии разрушения образцов наполненного ПИ.

Для наполненных систем характерен высокий уровень остаточных напряжений, что ухудшает их применение для изготовления изделий, работающих при циклических температурах и напряжениях. С целью регулирования свойств наполненных материалов использовали разработанный на кафедре переработки и применения пластмасс МХТИ им.Д.И.Менделеева метод введения олигомерных и полимерных добавок. Показана эффективность введения МСК и КО "Силор". Так, при введении 1-2 иасс.% МСК уровень остаточных напряжений снижается белее, чем в 3 раза, а ПТР увеличивается на 20-25$. При введении в состав композиции КО "Силор" прочностные свойства возрастали на 30-35$. При более высоких содержаниях модифицирующих добавок наблюдали проскальзывание расплава относительно червяка, что приводит к потере производительности технологического оборудования. При совместном введении ¡¿СК и КО "Силор" достигали улучшения прочностных и технологических характеристик.

Анализ полученных данных показал, что наиболее оптимальным по исследуемым характеристикам является материал на основе ПП,

содержащий 15 масс.56 волластонита и 25 масс./? ракушечника и комплексный модификатор (КМ), состоящий из 1,5 масс.£ ЫСК и 0,5 масс.!? КО "Силор". Эти материалы, как показано нкке, пригодны для переработки акструзией в погонажные изделия. Для литьевых изделий могут быть рекомендованы модифицированные материалы, содержащие в качестве наполнителя 40 масс.^ ракушечника. Свойства указанных материалов представлены в табл.1.

Таблица I.

Свойства наполненных материалов на основе ГШ

* !

п/п| Материал

1. ПП

2. ПП + 40 масс.% ракушечник + +1,5 масс.% МСК

3. ПП + 25 масс.!? ракушечник + + 15 масс.% волластонит +

+ 1,5 масс.!? МСК

4. ПП + 25 масс.% ракушечник + + 15 масс.!? волластонит +

+ 0,5 масс./? КО "Силор"

5. ПП + 25 масс .5? ракушечник + + 15 масс.% волластонит + 2,0 масс.5? КМ

_Свойства_

МПа .1 Ш1а \ % I г/10 мин

30±2 1,1 420 3,6

25±2 1,6 60 2,7

35±2 2,0 80 2,4

45±2 2,2 60 2,0

40±2 2,1 70 2,2

Технологические свойства разработанных материалов на основе ПП. Для оценки технологических свойств изучали ^сходно-напорные характеристики расплава исследуемых материалов и кривые течения в установившемся режиме. Введение наполнителей смещает кривые течения в область более высоких напряжений сдвига.

Установлено, что введение 1,5 масс.% МСК позволяет повысить текучесть наполненных систем на 15-20!?. Содержание КО "Силор" существенного влияния на вязкостные свойства не оказывает. Содержание дисперсного и микроволокнисгого наполнителя приводит к повышению потерь давления Р0Х на входе в канал при фиксированной скорости сдвига (у ). Экспериментальные данные, полученные методом 2х капилляров, показали, что величиной Р_х для

исследованных систем можно пренебречь при относительной длине канала более 10-12с/. При отом 'Ьрыв" сопровождается автоколебаниями давления & ? - 0,1-0,2 Ша. Величина критического расхода (Я ) на расходно-напорной зависимости ^^ -определяется содержанием наполнителя (Р - радцус капилляра). При увеличении содержания наполнителя 3 Кр снижается. При введении ракушечника значение £2кр меньше, чем при содержании волластонита, что объясняется ориентацией игольчатых частиц под влиянием сдвиговых напряжений. Это свидетельствует о влиянии формы и содержания наполнителя на расходно-напорные характеристики. Модификация наполненных материалов улучшает их реологические свойства. Так, при введении 1,5 масс.% МСК кривые течении сдвигаются в область повышенных значений скоростей сдвига. Из вышеуказанного следует, что на величину объемного расхода 0. и 0. .оказывают влияние состав композиции, геометрия

кр I

форцующего канала. Длина канала более 12 а при этом не оказывает существенного влияния на & Кр, что следует учитывать при проектировании форцующих головок. Одной из особенностей течения расплава наполненного ПП является режим пристенного скольжения. Производительность экструдера состоит из расхода вязкого течения и расхода в режиме пристенного скольжения. Для исследуемых композиций преобладает режим пристенного скольжения. Переход к режиму пристенного скольжения наблюдается у материалов, содержащих более 20 масс.5б наполнителей.

Изучены технологические свойства материалов при переработке экструзией и литьем под давлением. Поведение расплавов при переработке экструзией изучали на экструзиографе "Брабендер". Установлено, что расход расплава возрастает пропорционально числу оборотов шнека (N ) до достижения турбулентного течения расплава ) (рис.). Нерегулярность, оцениваемая по Ц, к «проявляется при критическом значении скорости сдвига $ Кр, которая зависит от содержания наполнителей и модифицирующих добавок. Повышение содержания наполнителя приводит к снижению 0. Кр, а введение в состав композиции 1,5 масс.52 МСК позволило повысить ^ на 15-20^. Дальнейшее повышение

N , соответствующее 'УИГ1, приводило к восстановлению сплршности потока - переходу к рехи^у пристенного скольжения, что совпадает с данными исследований на калилярном вискозиметре. При этом наблюдали возрастание прочно-

сти на 40-80% и снижение разбухания экструдата до 3£.

О кг/ ЧО.С • < 6 —

/2

0.1

0<1

<О

1 - л

А / у

у /

/У--

2 5 4 5 Л^с"' 2 3 V /У.с"

Рис. Зависимость производительности экструэиографа ст частоты вращения шнека. I - ПП; I1 - ПП + 2,0 масс.% К?Л; 2 - ГШ + 15 масс.% волластонит +

25 масс.^ ракушечник + 1,5 мясс.% МСК; 3 - ПЛ + 15 масс.% волластонит + 25 массЛ ракушечник + 2,0 масс.% КМ; 4 - ПЛ + 15 масс.^ волластонит + 25 масс.л ракушечник; 5 - ПП + 40 масс.1? ракушечник + 1,5 масс.# МСК; б - ПП + 30 масс.% ракушечник; 7 - ПП '+ -"«О масс.% ракушечник.

5орцуемость исследуемых материалов методом литья под давлением оценивали по заполнению спиральной формы типа "улитка". Установлено, что с увеличением содержания наполнителя длина заливки канала уменьшается, что объясняется снижением текучести материала. Фирцуемость наполненных материалов, оцениваемая по длина заливки канала, различна в зависимости от содержашш дисперсного или микроволокнистого наполнителя. Так, формуемость материалов, содержащих дисперсный наполнитель (40 иасс.%) выше, чем при содержании в композиции 15 иасс.% волластонита. Это объясняется, по-видимому, увеличением гидродинамического сопротивления за счет хаотически расположенных частиц волокон волластонита.

Низкая формуемость материалов, содержащих волластонит, ограничивает их переработку методом литья под давлением. Увеличение длины заливки накала на 10-123 достигается введением в состав композиции модифицирующей добавки МСК.

Интенсификация процесса литья под давлением может быть также достигнута за счет уменьшения температуры впрыска расплава и сокращения времени цикла. Уменьшение температуры возможно при использовании модифицированных наполненных композиций за счет повышения текучести. Сокращение цикла литья обеспечивается повышением теплопроводности наполненных материалов.

Полученные данные позволили оптимизировать режимы переработки наполненных материалов на основе ПП, рекомендовать методы их переработки в зависимости от композиционного состава, использовать в качестве исходных данных для проектирования оснастки.

Разработка технологии получения дисперсных и микроволокнистых наполнителей. Существующие способы получения дисперсных наполнителей отличаются невысокой производительностью, периодичностью технологических процессов, использованием нескольких энергоносителей, повышенным расходом воды и химических реагентов. В связи с этим нами разрабатывалась непрерывная технология обогащения, измельчения и классификации ршсушечника. В состав ракушечника входит 73-0^ кальцита органогенного происхождения. Дня удаления нежелательных составляющих одновременно с измельчением и помолом осуществляется обогащение кальцитом. Для этого использовали дезинтегратор и струйную установку. В дезинтегратор подавался предварительно дробленный до фракции 1-5 мм ракушечник, где степень обогащения достигает 90-9%, а размер частиц 60-100 мкм. Струйная установка обеспечивает тонкий помол до 40 мкм и глубокое обогащение кальцитом до 96-99,ЕЙ. Эффективность работы оборудования снижается при измельчении и обогащении материалов с повышенной влажностью. Так, при влажности исходного материала 2,5-3,0% производительность струйной установки снижается в 2 раза. Показано, что при увеличении давления в разгонной трубке с 0,4 до 0,6 кПа и влажности материала менее 0,5%, производительность Оборудования возрастает на 30-40$. Дяя оценки работы отдельных участков технологических линий (дробление, измельчение, сушка, помол, смешение) использовали коэффициент эффективности технологических процессов (КЭТП). Для процесса дезинтегрирования,струйного помола КЭТП составляет 0,98-1,00 и 0,70-0,92 соответственно. В существующих технологических процессах, по нашим оценкам, КЭТП не превышает 0,5. При помоле ракушечника с влажностью 0,32% и содержанием кальцита 83,7%, продолжительность процесса помола

составляет 30 мин при Р = 0,5 МПа, производительность - 2000-2300 кг/час. Проектная мощность струйной установки 2500 кг/час.

Полученный при этих услбвиях наполнитель имеет следующий фракционный состав: до 5 мкм - до 4$, (5-20) мкм - (45-50)$, (20-40) мкм - (45-47)$, свыше 40 мкм - до 0,2$. Наполненный материал на основе ПП при содержании ракушечника с размерами частиц до 40 мкм имеет достаточно высокие прочностные характеристики для изделий, полученных литьем под давлением. Более высокие характеристики имеют материалы, содержащие ракушечник с фракцией до 20 мкм. Одн&ко, учитывая повышенные энергозатраты, оптимальными приняты наполнители с размером частиц до 40 мкм.

Как показали практические работы, для получения ракушечника дисперсностью до 40 мкм, со степенью обогащения по кальциту 83-98$ при производительности технологической линии 2000 кг/час расход энергии составляет 400 кВт, расход воздуха - 4500 м3, а себестоимость наполнителя - 42-53 руб/т.

Одним из преимуществ разработанной технологии является проведение процесса смешения полученного наполнителя с порошкообразным ПП и другими целевыми компонентами в струйно-вихревой установке в непрерывном режиме.

Применение в качестве наполнителя ПП микроволокнистого вол-ластонита требовало разработки принципиально новой технологии. В результате анализа отечественной и зарубежной практики бьш выбран сухой метод обогащения и измельчения волластонитовой руды, позволяющей повысить содержание волластонита в концентрате до 97$ и сохранить его игольчатую структуру. Измельчаемая волласто-нитовая руда с размерами 20-30 мм подается в дезинтегратор, где материал предварительно обогащается до 75-8055 и измельчается до размеров 500 мкм. Попутные продукты обогащения (двуокись кремния, кальцит, пироксен и гранатовит) классифицируются и подаются в специальные бункера. Конструкция классификатора дезинте-граторнэй установки позволяет фракционировать материалы по удельноцу весу. Более глубокую степень обогащения волластонита и расщепление на волокна производится в Зхступенчатом каскадном электромагнитном сепараторе (КЭМС), где создается переменное электромагнитное поле с высокой напряженностью 15-17 кВ, что обеспечивает расщепление частиц волластонита на волокна размерами до 100 мкм. Производительность КЭМС зависит от состава исход-

ной руды. Так, при содержании в исходном материале 10-15^ кальцита и доломита время обогащения увеличивается на ЭО/8, а производительность снижается в 2 раза. С увеличением влажности материала производительность КЭМС снижиется, а при содержании влаги более 3,0$ сухое обогащение становится невозможным. Повышению производительности оборудования способствует предварительное обогащение в дезинтеграторе и использование вертикально-сушильной устаногки. В связи с этим значения КЭТП работы дезинтегратора и вертикально-спиральной сушильной установки должны составлять не менее 0,92 и 0,85, соответственно, для обеспечения эффективной работы КЭМС КЭТП - 0,8 .

Размеры частиц по длине волокон волластонитового концентрата, полученного в результате комплексного измельчения и обогащения,составляют: 15-40 мкм - 30-35 /6; 40-80 мкм - 50-55 %; менее 15 мкм~ и более 80 мкы^7&. Дня наполнения испольэо-вали фракцию волластонитового концентрата с длиной микроволокон 40-80 мкм.

Для наполнения Ш смесью ракушечника и волластонита предусмотрена технология, согласно которой ракушечник, измельченный на струйной мельнице и волластонит - на КЭМС,подаются через дозаторы в струйно-вихревую камеру, где происходит смешение порошкового ПЛ с наполнителями и другими целевыми компонентами.

Эффективность разработанных технологических процессов подтверждена практикой работы ПО "Каэстройпслимер".

Получение изделий и оценка их эксплуатационных характеристик. Экспериментальные данные,изложенные выше, позволили предложить режимы переработки наполненного полипропилена. В табл.2 представлены режимы в зависимости от способа переработки.

Температурный режим выбирали из условий обеспечения требуемых прочностных характеристик. Как видно из представленных данных, содержание МСК позволяет вести процесс переработки на 20-40° ниже, чем при переработке модифицированных материалов КС "Силор". Производительность экструдера при переработке материалов, содержащих МСК в 1,5 выше, чем при переработке материалов, модифицированных КО "Силор". Из анализа представленных данных следует, что введение МСК улучшает- формуемость наполненных материалов. Полученные результаты хорошо согласуются с реологическими свойствами исследуемых систем.

Таблица 2.

Режимы переработки наполненного ПП

п/п

!_Параметры_

Материалы 1 Температура> к ¡Давление,! Время

расплава! формы $ ^Па | Ч11Кла»

I. ПП 473-523 313-343 100-120 40-60

2. ПП+40 шсс.% 1 ник+0,5 масс./ "Силор" • эак^аеч- 483-503 333-353 100-120 25-30

3. ПП+40 ыасс.% ; ник+1,5 масс./ эакушеч-5 МСК 463-473 313-323 90-100 30-35

4. ПП+40 масс.% 1 ник+2,0 масс./ оак^шеч- 483-493 323-333 100-110 30-35

Г Температура, К !Число оборотов цилиндра ! головки .1™ека, об/мин

5. ПП 493 473 15

6. ПП+15 масс.% воллас-тонит+25 масс.% шечник+2,0 масс.% КО

"Силор" 513 463 10

7. ПП+15 масс.% воллас-тонит+25 масс.% ра-

ечник+1,5 масс.%

473 453 15

8. ПП+15 масс.% воллас-тонит+25 масс.% ра-кушечник+2,0 масс.%

Ж 433 463 15

Примечание: литье наполненных материалов аналогичных изделий пп.1-4 осуществляли на термопластавтоматах в объемом впрыска 250 см3, экструзию пп.5-8 - на ЧП-бЗ.

Для оценки эксплуатацио1Шых характеристик изученных материалов определяли стойкость образцов к естественным циклическим условиям старения и формоустойчивость.

Прогнозирование работоспособности исследуемых материалов проводили по методике ЦПИ1ГГочмаш РТ!Л-5550-73, .согласно которой

образцы выдерживаются при 70°С 56 часов, при -60°С - 24 часа, затем шестикратно при -30°С 2 часа и 30°С 2 часа.Указанный цикл рекомендован для прогнозирования свойств изделий, сохраняющих работоспособность в течение I года. Проведено 50 циклов испытаний. Оценку свойств проводили: первые 5 циклов - после каждого цикла, в последующем - после каждых 5 циклов.

Анализ циклических испытаний показал, что у материалов, содержа!"« 25 масс.% ракушечник, 15 масс.% волластокит и 2,0 масс.% КЫ за первые 30 циклов заметных изменений (эр и <2„ не наблюдается. Затем происходит снижение <&p с 40 до 30 ЫПа. Наиболее высокими прочностными характеристиками обладает ПП, модифицированный 0,5 иасс.% КО "Силор". Ударная вязкость в процессе испытаний но изменялась и составляла 42-50 кДк/м^ в зависимости от содержания модификатора.

Испытания наполненных материалов при естественных условиях показали, что за первые 12 месяцев наблюдается рост Ер до 1,7 10^ ЫПа, ударной вязкости с 39 до 41 кДг/м*", затем изменение незначительно. За время испытаний величина относительной деформации изменялась незначительно (23-25)%, усадки - (1,2-2,0)%, водопо-глощения с 1,3 до 2,1%.

При формовании особо ответственных изделий (фитинги, переходники, фасонные изделия) литьем под давлением используют ПП, содержащий 40 масс.% ракушечника и 2 иасс.% КЫ. При этом температура впрыска (Твп) составляет 483-493 К, температура формы (Тф) - (323-333)К, удельное давление (Р) - (100-110) Ша, время выдержки (£t)- (30-35) с в зависимости от сложности формы изделия и толщины стенок.

Объемные изделия (сифоны, смывные бачки, фасонина) диаметром более 150 ым получают из ПП, наполненного 40 масс.% ракушечника и модифицированного 1,5 масс.% МСК при Р = (90-100) Ша, Твп -(463-473Ж, Тф = (313-323Ж, Zъ = (30-35)с. Установлено, что наименьший уровень остаточных напряжений 0,2 Ша наблюдается в кольцевых образцах (фрагмент трубы) из наполненного ПП, модифицированного 1,5 масс.% ЫСК.

Для оценки формоустойчивости из дисков & 100 мм и толщиной 4 мм вырезали образцы диаметром.5 мм по направлению впрыска и по периметру диска. Измеряли начальные линейные размеры и их значения после'выдержки й термошкафу при 120°С в течение 4х часов.

Изменение линейных размеров не превышало при этом 1-2%.Изделия, полученные из исследуемых материалов - гайка, корпус сифона -сопрягались легко, сохраняли герметичность при стендовых испытаниях. Пластичность, проверенная по ГОСТ 23289-78, составила 2,0-2,2 мм при нормативном допуске 9 мм, ударопрочность соответствовала требованиям.

Из результатов испытаний следует, что разработанные материалы обладают стойкостью к циклическим температурным нагрузкам, соответствующим 50 годам эксплуатации. Изделия, изготовленные литьем, обладают стабильными линейными размерами при термических условиях испытаний. При этом изделия обладают минимальной напряженностью после формования. Следовательно, полученные материалы позволяют формовать конструкционные изделия со стабильным комплексом эксплуатационных характеристик, позволяющих их использовать в различных климатических условиях.

Комплекс проведенных исследований композиций на основе ПП показал, что эксплуатационные свойства наполненных материалов зависят как от композиционного состава, так и от условий эксплуатации. Разработанные материалы стойки к резко континентальным климатическим условиям. Установлено, что материалы, содержащие дисперсные наполнители, наиболее пригодны для формирования сопрягающихся деталей, к которым предъявляются повышенные требования по стабильности линейных размеров. Детали на основе этих материалов формоустойчивы. Композиции, содержащие микроволокнистые наполнители, наиболее целесообразны для получения погонажных изделий. Литьевые изделия могут быть изготовлены из ПП, наполненного дисперсным наполнителем и модифицированного ИСК. Кремнийоргалическими олигомерами модифицировали ПП при необходимости придания изделиям наибольшей прочности. Композиции ПП, содержащие комплексный модификатор и дисперсно-микроволокнистые наполнители, наиболее эффективны для производства канализационных, напорных и безнапорных труб, а также для формования фасонных изделий.

Разработанные наполненные материалы на основе-модифицированного ПП по эксплуатационным показателям соответствуют требованиям, предъявляемым к материалам конструкционного назначения.

Практическое применение полученных результатов. Разработана технология измельчения ракушечника, согласно"которой изгото-

влена струйная установка и внедрена в производство технологическая линия по получению мелкодисперсных минеральных наполнителей с мощностью 10000 тонн в год.

Разработана технология сухого обогащения нерудных материалов, на основании которой спроектирована технологическая линия производства микроволокнистых наполнителей, изготовлены дезинте-граторные установки для предварительного обогащения волластони-тового конгентрата и электромагнитные сепараторы для глубокого обогащения волластонитового концентрата.

Разработана и внедрена совмещенная технология измельчения, обогащения дисперсных и микроволокнистых наполнителей и смешения их с ПП и целевыми компонентами в непрерывном режиме.

Разработана и утверждена нормативно-техническая документация (технологический регламент, технико-экономические расчеты, технические условия, технологические карты и др.) для производства дисперсного ракушечника, микроиолокнистого волластонита и наполненных материалов на основе ПП.

Разработанные технологии измельчения, обогащения наполнителей, производства наполненных материалов на основе ПП и их переработки внедрены в производство ПО "Казстройполимер".

Произведен анализ производственно-хозяйственной деятельности ПО "Казстройполимер", на основе которого разработана методика расчета цен на композиционные полимерные материалы.

Экогэмический эффект от применения модифицированного полипропилена в 1990 году составил 558 тыс. руб. Ожидаемый экономический эффект от применения ракушечника в качестве наполнителя на ПО "Казстройполимер" составит 1,8 млн. руб.

ВЫВОДЫ

I. Разработаны наполненные материалы на основе ПП, применяющиеся для изготовления санитарно-технических изделий, канализационных, водопроводных напорных и безнапорных труб, деталей пластмассовой арматуры для комплектации тепло-водокомцуникаций.

. 2. Определены оптимальные составы композиционных материалов, содержащих ракушечник и волластонит. Показано, что при введении смеси дисперсного и микроволокнистого наполнителей сохранение прочностных свойств достигается при степени наполнения до 40

масс.$. Установлено, что оптимальные прочностные и технологические свойства реализуются при введении ракушечника с дисперсностью до 40 мкм и волластонита длиной волокна 40-80 мкм.

3. Установлена эффективность регулированчя свойств материалов на основе ПП, содержащих мелкодисперсные и микроволокнистые наполнители, за счет введения в процессе переработки модифицирующих добавок. Показана перспективность использования для этих целей бутадиенметилстирольного каучука и кремнийорганиче-ского олигомера - диметилдиэтоксисилана. Определено оптимальное содержание модифицирующих добавок, обеспечивающих высокие прочностные, технологические и эксплуатационные характеристики материалов.

4. Показано, что эффективным методом получения дисперсных наполнителей является противоточное измельчение в струйных мельницах. Для производства микроволокнистого волластонита наиболее эффективно использование дезинтеграторной установки для предварительного измельчения и обогащения. Установлено, что для сохранения игольчатой структуры волластонита и глубокого обогащения целесообразно применять 3-х ступенчатый электромагнитный сепаратор. Определены технологические параметры процессов,обеспечивающие получение наполнителей с требуемой дисперсностью.

5. Разработаны технологические процессы производства.композиционных материалов на основе ПП в непрерывном режиме, которые внедрены в ПО "Казстройполимер". Исследование свойств материалов, полученных в промышленных условиях, показало, что они удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям. Установлено,что изделия из разработанных материалов обладают стойкостью в условиях естественного старения и к циклическим воздействиям температуры от -60 до 70°С и напряжений.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Мусал;шов И.Г., Иманов А.Н. Регулирование технологических характеристик наполненных полимерных материалов // Применение новых полимерных материалов в строительстве: Тез.докл. Республ.научно-технич.конф. - Караганда, - 1990. - С.108-109.

2. Мусалимов И.Г., Иманов А.Н., Беспалова Т.А. Совмещенная технология производства композиционных материалов // Применение

нових полимерных материалов в строительстве: Тез.докл.Ресцубл. ндучно-технич.конф. - Караганда, - 1990. - С.107-108.

3. %салимов И.Г., Иманов А.Н., Коробов С.И., Тимохин В.Ы. Исследование релаксационных процессов в материалах на основе полипропилена методом термостицулированной деполяризации // Применение новых полимерных материалов в строительстве: Тез. докл. Республ. научно-технич. конф. - Караганда* - 1990. - С.104-105.

4. Ыугалимов И.Г., Будницкий Ю.Ы., Беспалова Т.А. Композиционный материал на основе полипропилена // Применение новых полимерных материалов в строительстве: Тез.докл.Республ.научно-технич. конф. - Караганда, - 1990. - С.79-Ш.

5. Цусалимов И.Г., Иманов А.Н., Акашев В.Т., Беспалова Т.А. Композиционные материалы на основе сырьевых ресурсов Казахстана // Применение новых полимерных материалов в строительстве: Тез.докл.Ресцубл.научно-технич.конф. - Караганда, - 1990.

- С.67-68.

6. Иманов А.Н., Чусалимов И.Г., Беспалова Т.А., Будницкий Ю.Ы.,. Ганиева Н.В. Совмещенная технология получения композиционных полимерных материалов в непрерывном режиме // Пластические массы. - 1992. - № 4. - С.5.

7. Иманов А.Н., Цусалииов И.Г., Будницкий Ю.Ы., Беспалова Т.А.,

■ Ганиева Н.В. Композиционный материал строительного назначения на основе ПЭБД // Пластич. массы. - 1992. - № 4. - С.19-20.

Результаты работы доложены на:

Республиканской научно-технической конференции "Применение новых

полимерных материалов в строительстве". Караганда, 1990 г.