автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Регулирование структуры полиэтилена с целью улучшения стабильности его свойств в процессе эксплуатации

1. Введение. 4

2. Литературный обзор. 6

2.1. Взаимосвязь структуры и прочности полиолефинов. б

2.2. Методы физической модификации полиолефинов. 8

2.3. Влияние ультразвукового воздействия на реологические свойства и структуру полимеров. 16

2.4. Влияние вибрационного воздействия на свойства полимеров. Основные эффекты и явления при виброформовании. 23

Постановка задачи исследования и этапы работы. 34

3. Объекты и методы исследования. 36

3.1. Объекты исследования.36

3.2. Методы исследования. 41

4. Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение. 55

4.1. Разработка оптимального состава легированного

ПЭШ. 55

4.2. Исследование влияния ультразвукового воздействия на свойства легированного ПЭВП.65

4.3. Исследование влияния вибрации на структуру и реологические показатели легированного ПЭВП.78

4.4. Изучение влияния вибрации и легирования на наполненный полиэтилен. 92

5. Практическое применение результатов исследования.

6. Выводы.

7. Литература.103

В последнее время изделия из полимерных материалов находят все большей применение в различных областях народного хозяйства. Уникальные свойства полимеров / инертность по отношению к большинству химических соединений, низкий удельный вес, высокие механические свойства, возможность изготовления изделий без дополнительной механической обработки / позволяют использовать материалы на их основе в качестве деталей и узлов различных машин и установок. Эти узлы, отдельные элементы несут подчас основную нагрузку в процессе работы машины или агрегата.

Особое значение приобретают правильность выбора полимерных материалов, подбор параметров и способа их переработки, что в конечном итоге позволяет получать изделия с заданными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Поэтому вопросы интенсификации технологических процессов переработки полимерных материалов и получения изделий с улучшенными свойствами в настоящее время весьма актуальны.

Не всегда желаемого эффекта - увеличения производительности перерабатывающего оборудования и улучшения свойств готового изделия можно добиться традиционными методами.

Эти задачи успешно решаются применением на практике методов физической модификации структуры и свойств полимеров / легирования, воздействия на расплав полимера ультразвука, вибрации, электрических и магнитных полей и т.д. / . Однако, совместное использование этих методов с учетом взаимного влияния, в частности, применительно к легированию полимеров в условиях воздействия вибрационных импульсов с целью улучшения реологических, а также физико-механических свойств полимеров до сих пор не исследовалось.

Поэтому разработка таких методов регулирования структуры и свойств полимеров в процессе их переработки различными методами является весьма важной.

В этой связи, целью настоящих исследований явилось повышение производительности экструзионного оборудования и улучше ние свойств изделий из полиэтилена путем его легирования в условиях воздействия на расплав в процессе переработки полимера ультразвука или вибрации.

- б

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

ВЫВОДЫ.

1. Установлено, что вибрационное воздействие / низко- и высокочастотное / на расплав полимера в сочетании с легированием способствует получению композиционных материалов с более упорядоченной надмолекулярной структурой.

2. Показано, что вибрационное воздействие на расплав обычного полиэтилена приводит к усилению процесса деструкции макромолекул. При введении модифицирующих добавок в полиэтилен деструктивные процессы развиваются незначительно.

3. Комплексное воздействие вибрирования и легирования приводит к уменьшению вязкости перерабатываемого материала, снижает температуру переработки на 30 - 40°, улучшает деформационные свойства. Прочность материала при этом не снижается.

4. Показано, что с повышением частоты и амплитуды колебаний увеличивается производительность экструдера, уменьшается коэффициент разбухания экструдата и снижается давление в головке экструдера.

5. Выбрана оптимальная композиция кабельной изоляции с пониженной горючестью на основе легированного.'наполненного ПЭВП и антипиренов.

6. При использовании комплексного метода регулирования структуры полиэтилена / легирование + вибрация / повышается долговечность изделий.

1. Ревяко М.М., Маркина А.Я. Модифицирование минеральных наполнителей полиэтилена поверхностно-активными веществами. - Пластич. массы, 1972, № 3, с. 68-70.

2. Модификация наполнителей для термопластов. / Под ред. Злоби-ной В.А., Бартенок Р.И. М.: НИИТЭХИМ, 1977. - 27 с.

3. Соголова Т.И., Акутин М.С., Цванкин Д.Я. и др. Модифицирование надмолекулярной структуры и свойств полиэтилена термоэластоплас-тами. Высокомолек. соед., сер.А, 1975, 17, № II, с.2505-2511.

4. Соголова Т.И.Структурно-физические превращения полимеров и их значение для переработки пластмасс. ЖВХО им. Д.И.Менделеева, 1976, т.21, № 5, с. 502-508.

5. Каргин В.А., Слонимский Г.Л. Краткие очерки по физико-химии полимеров. М.: Химия, 1967. - 232 с.

6. Андрианова Г.П., Вакеев Н.Ф., Каргин В.А. Влияние микроскопических структур на механическое поведение изотактического полипропилена. Докл. АН СССР, 1963, т.150, с. 331.

7. Каргин В.А., Соголова Т.И., Надарейшвили Л.И. Получение различных надмолекулярных структур в процессе образования пленок гуттаперчи и изучение их механических свойств. Высокомолек. соед., сер. А, 1964, т.6, с.165.

8. Ермолина А.В., йгонин Л.А., Носова Л.А., Фарберова Н.И.

9. К вопросу о связи механических свойств кристаллических полимеров с их надмолекулярными структурами. Докл. АН СССР, 196I, т.138, с.614.

10. Гуль В.Е., Коврига В.В., Вассерман A.M. Влияние надмолекулярной структуры на прочность полипропилена. Докл. АН СССР, 1962, т. 146, W 3, с. 656.

11. Соголова Т.И.О надмолекулярной структуре полимерных тел и еевлиянии на механические свойства. Механика полимеров, 1965, 1Р I, с,5.

12. Соголова Т.И.О.¿регулировании механических свойств полимеров изменением их надмолекулярной структуры. Механика полимеров, 1966, № 5, с. 643.

13. Гуль В.Е. Структура и прочность полимеров. Изд. 3-е, переработ. и дополненное. М.: Химия, 1978, с.188-204.

14. Марихин В.А., Мясникова Л.П. Влияние надмолекулярной структуры на процесс разрушения полиэтилена при ориентационной вытяжке. -В сб.: Карбоцепные полимеры. М.: Наука, 1970, с. 154-161.

15. Гафуров Ч.Г. Конформационные переходы и разрывы полимерных цепей при ориентационной вытяжке. Высокомолек. соед., сер. А, 1972, с. 873-879.

16. Акутин М.С., Артеменко Б.Н. Структурная модификация полиэтилена в процессе переработки. В кн.: Синтез, модификация и переработка полиолефинов. - Баку: Изд. Азерб. университета, 1967, с. 59-62.

17. Сирота А.Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов. -Л.: Химия, 1974. 176 с.

18. Акутин М.С., Гуль В.Е., Слонимский Г.Л. Научные проблемы переработки полимеров. ЖВХО им. Д.И.Менделеева, 1976, т.21, Р 5, с. 486-494.

19. Карпеченко Н.И., Будницкий Ю.М., Акутин М.С. Модификация свойств композиционных материалов на основе полиэтилена высокой плотности и синтетических волокон. Рук. деп. в ВИНИТИ, 27ап-реля, 1981, Р 1910 - Д81.

20. Обзорная информация. Производство и применение композиций с наполнителями на основе полимеров и сополимеров стирола и по-лиолефинов. М.: НИИТЭХИМ, серия: Полимеризационные пластмассы, 1977.

21. Липатов Ю.С. Структура, свойства наполненных полимерных систем и методы их оценки. Пластич. массы, 1976, Ш II, с. 6-II.

22. Тростянская Е.Б., Головкин Г.С. Новые тенденции в оптимизации свойств наполненных пластиков. Пластич. массы, 1976, Р II,с. 11-17.

23. Реутов С.Б*, Голев Ю.В.,Эффективности производства и применения наполненных термопластов. Пластич. массы, 1976, № II,с. 22-26.

24. Гольдман А.Я., Щербак В.В., Листиков В.й. и др. Влияние наполнителей на ползучесть и долговечность модифицированного полиэтилена. Пластич. массы, 1974, № 9, с. 47-49.

25. Каган Д.Ф., Артеменко Б.Н., Южин В.М. Влияние наполнителя на стабильность и технологические свойства ПЭВП. Пластич. массы, 1971, № 6, с. 60-61.

26. Ревяко М.М., Олехнович Д.А. Электрические свойства наполненного ПЭ. Пластич. массы, 1972, Р II, с. 53-54.

27. Яковлев М.Ф., Озеров Г.М. Технико-экономические аспекты развития переработки наполненных термопластов. Пластич. массы, 1980, Р 3, с. 54-55.

28. Барг Э.И. Технология синтетических пластических масс. JI.: Госхимиздат, 1954, с. 320-345.

29. Липатов Ю.С. Шизико-химия наполненных полимеров. М.: Химия, 1977, с. 220-260.

30. Чиркова Е.А., йрген Л.А., Эльтеков Ю.А. Влияние молекулярного веса полимера на взаимодействие его с пористыми и непористыми наполнителями. Механика полимеров, 1974, т.З. с. 526-528.

31. Липатов Ю.С., Сергеева Л.М. Адсорбция полимеров. Киев: Наукова думка, 1972, с. 128-147.

32. Липатов Ю.С. Межфазные влияния в полимерах. Киев: Наукова думка, 1980, с. 88-104.

33. Попов В.П., Бальтенас Р.А.О^влиянии молекулярной и надмолекулярной структуры ПЭЦЦ на его механические свойства. Шиз.-хим. мех. материалов, 1971, 7, с. 41-44.

34. Титова Г.Е., Акутин М.С. Упрочнение пленок из полиамида-12 введением легирующих добавок. Пластич. массы, 1976, № I, с.73.

35. Шифрина B.C., Самосатский H.H.-Полиэтилен. Применение и переработка. Л.: Химия, 196I, с. 42-67.

36. Акутин М.С., Филиппова H.H., Лебедева Е.Д. Пленки на основе легированных полиолефинов. Пластич. массы, 1977, Р 4, с.8.

37. Филиппова H.H., Акутин М.С., Лебедева Е.Д. и др. Пленки из легированного полиэтилена. Пластич. массы, 1978, № I, с.40.

38. Мордкович Е.М., Тхай B.C. и др. Литье под давлением легированного ПЭВП при низких температурах формы. Пластич. массы, 1979, Р 6, с. 37-39.

39. Садова Л.П., Муджири Б.Г., Кербер МЛ. и др. Модифицирование полиэтилена высокой плотности. Пластич. массы, 1976, Р I,с. 36-37.

40. Филиппова H.H. Исследования в области регулирования структуры и свойств полиэтилена путем введения блоксополимеров.: Автореф, дис. . канд. хим. наук. М., 1979. - 16 с.

41. Муджири Б.Г. Методы интенсификации процессов формованиякрупногабаритных изделий из полиэтилена. Дис. . канд. техн. наук. - М., 1974, с. 134.

42. Афонин А.Н. Исследования в области регулирования свойств аморфных материалов.: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1981, - 16 с.

43. Свиридова Е.А., Акутин М.С., Кербер М.Л., Лебедева Е.Д. Переработка полиэтилена, модифицированного полидиметилсилоксан сС , W диолами методом экструзии. - Изв. вузов. Химия и химическая технология, 1982, т. ХХУ, вып. 6, с. 780-782.

44. Карпеченко Н.й. Регулирование свойств армированного полиэтилена. Дис. . канд. техн. наук. - М., 1982. - 132с.

45. Высоконаполненные композиционные полимерные материалы, развитие их производства и применение в народном хозяйстве. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. - М.: НИИТЭХИМ, 1982, с. 105.

46. Щеглова Е.Г., Шевцова Н.М., Акутин М.С., Стальнова И.О. Изучение взаимодействия компонентов системы стеклонаполнитель-модифицированный полиэтилен. Пластич. массы, 1974, Р 5, с. 74.

47. Варамбойм Н.К.Деханохимия высокомолекулярных соединений. Изд. 3-е, переработ, и дополненное. М.: Химия, 1978, с. 259.

48. Эльтнер И.Е. Ультразвук. Физико-химическое и биологическое действие. М.: Физматгиз, 1963, - 420 с.

49. Кудрявцев В,Б. Применение ультраакустических методов в практике физико-химических исследований. М.: Гостехтеоретиздат, 1952. - 230 с.

50. Бражников Н.Н. Физические и физико-химические методы контроля состава и свойств вещества. Ультразвуковые методы. -М.: Энергия, 1965, с. 90-154.

51. Розенберг Л.Д. Применение ультразвука. М.: Изд. АН СССР, 1975. - 107 с.56. $>%оЛси J?. : Ptys. спгт., /935, J9 8cf. s. ¿34.

52. Волков С.С., Орлов Ю.Н., Черняк В.Я. Сварка пластмасс ультразвуком. М.: Химия, 1974, с. 24-50.

53. Пешковский С.Л., Фридман М.Л., Бризицкий В.Н., Виноградов Г.В. Тукачинский А.И., Сабсай О.Ю. Влияние акустической кавитации на текучесть высокополимеров. ДАН СССР, 1981, т.258, Р 3,с. 706-709.59. 95W ЯМ., Яо^е^. Soo.tUnu.j /9^31^, S/9.

54. U?QM£¿ ¿ Tf ¿IfíAzms C.g,-üuwst. Jo?. ¿UnM.t £/5 .

55. P-e+vn^R. ;¡УгаАеь ЯоиоШаФ. fizcu/sú S>oo.

56. Басов Н.И., Леонов А.И. и др. Виброэкструзионное формование полимерных материалов. Пластич. массы, 1975, Р 2, с. 19-23.

57. Регель В.Р. и др. УФН, 1972, 106, вып.2, с. 193-228.64. ¿jcüson ItyAotcé Is.jf. -ÍUousí. Soc. зд^/4.

58. Тукачинский А.И., Пешковский СЛ., Бризицкий В.И. Воздействие ультразвука на расплавы полимеров. В кн.: Реология в переработке полимеров. - М.: Химия, 1980, с. 33.

59. Фридман М.Л., Гуль В.Е. Интенсификация процесса экструзии пленок с помощью вибрационного воздействия. Пластич. массы, 1975, Р 9, с. 27-30.67. J. У.

60. Hita j&ñ^S-íOcAtM. USS/i, р. ЗУ

61. Smitk М, %^mf>¿£ tf. У Ptys. CA»r?.t '¿г.69. ScJurud -Ph^S. ^Wz, У/3.70. m<v¿Jt ¿ce, й+пм. 7 sew,

62. Шутилов В.А. Основы физики ультразвука. Л. : Изд. ЛГУ, 1980.-280 с.

63. Айзенгарт Л.И. Регулирование свойств термопластов в процессе литья под давлением с использованием ультразвукого воздействия. Дисс. . канд. техн. наук. - M., 1981. - 132 с.

64. Малкин А.Я., Исаев А.И., Виноградов Г.В. Энергетическая оценка эффективности вибрационных воздействий при течении полимерных и наполненных систем. Механика полимеров, 1975,1. Р 3, с. 515.

65. Басов Н.И., Любартович С.А., Любартович В.А. Виброформование полимеров. Л.: Химия, 1979. - 160 с.

66. Шаталова И.Г., Горбунов П.С., Лихтман В.И. Физико-химические основы вибрационного уплотнения порошковых материалов. -М.: Наука, 1966. 98 с.

67. Лесин А.Д. Вибрационные машины в химической технологии. -М.: даТЙХИМНЕШШАШ, 1968. 78 с.77. /UurtsthuA, /9К Вс/.гз, /кгу

68. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Механизм релаксационных процессов в полимерах. Механика полимеров, 1975, № I, с. 107-125.

69. Файтельсон Л.А., Циприн М.Г. Механика полимеров, 1968, № 5, с. 92-93.

70. Файтельсон Л.А., Леонов А.й., Циприн М.Г. Механика полимеров, 1970, № 3, с. 521-523.

71. Ищенко В.Г., Попов А.В., Майзель М.М. Производство шин. -РТИ и АТИ, 1969, Р с. 6-7.

72. Слонимский Г.Л., Алексеев П.И. ДАН СССР, 1956, т.106, Р 6, с. I053-1055.

73. Бартенев Г.М. Влияние напряжения сдвига на вязкость линейных полимеров. Высокомолек. соед., 1964, т.6, Р 12, с.2155-2162.

74. Виноградов Г.В. Текучие полимерные системы и их наполнение. Часть I. Высокомолекулярные аморфные полимеры узкого ММР. Механика полимеров, 1977, Р 6, с. I06<i-I074.

75. Файтельсон Л.А. Исследование и использование тиксотропных свойств полимерных материалов. Изв. АН Латв. ССР, 1965, № 3, с. 42-48.

76. Виноградов Г.В., Малкин А.Я. Реология полимеров. М.: Химия, 1977. - 440 с.

77. Малкин А.Я., Ярлыков Б.В., Виноградов Г.В. Предстационарные режимы деформирования и тиксотропия полимеров. В кн.: Успехи реологии полимеров. - М.: Химия, 1970, с. I48-I6I.

78. Леонов А.Й., Виноградов Г.В. Реология полимеров. Теория тиксотропии. ДАН СССР, 1964, т.155, Р 2, с. 407-409.

79. Ребиндер Д.А. II дополнение к п. 9 главы 12. В кн.: Реология. - М.: йнлитиздат, 1962, с. 818-822.

80. Каспаров С.Г., Акутин М.С., Меныпутин В.П. и;;др. Влияние вибрации на структуру и свойства сшитых полимеров. Пластич. массы, 1977, № 2, с. 67.

81. ГУдницкий В.П., Тимергаяиев Р.Г., Орлов М.В. В кн.: Материалы научно-технического совещания по реологии и переработке полимеров, Казань, 1974, с. 48-49.

82. Генендер М.М., Манушин В.И. В кн.: Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции по процессам и аппа^-ратам производства полимеров. Методы и оборудование по переработке их в изделия. - Тамбов, 1974, Р 5, с. 33-34.

83. Файтельсон Л.А., Циприн М.Г., Приедис Д.В. Периодическое деформирование расплава полиэтилена в трубной головке экструде-ра. Пластич. массы, 1970, Р 9, с. 38-41.

84. Мэзон Ч.В. Свойства полимеров и линейная акустика. М.: Мир, 1969, с. 41-80.

85. Каспаров С.Г., Акутин М.С., Петров С.С. Влияние вибрационного воздействия на структуру и свойства фенопластов. Пластич. массы, 1979, Р 2, с. 38.

86. Каспаров С.Г., Афонин А.Н., Акутин M.U., Петров С.С. Влияние вибрационного воздействия на скорость отверждения эпоксидного олигомера. Пластич. массы, 1978, Р 8, с. 24.

87. Малкин А.Я., Аскадский A.A., Коврига В.В. Методы измерения механических свойств полимеров. М.: Химия, 1978. - 330 с.

88. Гаттас Иссам Нассиф. Интенсификация процессов переработки полиэтилена высокой плотности методом литья под давлением.: Автореферат дис. . канд. техн. наук. М., 1983. - 16 с.

89. Лаврушин Ф.Г., Гольдберг В.И., Акутин М.С., Василенко B.C. и др. 0 радикальных реакциях, протекающих в условиях экструзии полиэтилена низкой плотности. Высокомолек. соед., 1978, Т.А20, № 3, с. 59U-595.

90. Новейшие методы исследования полимеров. / Под ред. Б.Ки. -М.: мир, 1966. 571 с.

91. Мартынов М.А., Вылегжанина К.А. Рентгенография полимеров. -Л.: Химия, 1972. 93 с.

92. Сибирякова H.A., Цветкова А.И., Курбатова И.В., Макарова Т.П. и др. Влияние каучуков и термопластов на физико-механические свойства композиций на основе полиолефинов. Пластич. массы, 1974, Р 8, с. 58-60.

93. Хохлова Л.Л., Ярлыков В.В., Акутин М.С., Новиков В.У. и др. Механическое модифицирование полиэтилена эпоксиолигомерами. -Пластич. массы, 1979, Р 7, с. 26-27.

94. Липатов Ю.С., Лебедев;Е.В., Безрук Л.И. О влиянии малых полимерных добавок на свойства полимеров. В кн.: Физико-химические свойства и структура полимеров. Киев: Наукова думка, 1977, с. 3-II.

95. Садова Л.П., Соголова Т.П., Кербер МЛ», Акутин М.С., Ярлыков Б.В., Бабкина Т.Б. Особенности изменения вязкостных свойств материалов на основе полиэтилена и термопластов. Изв. Вузов СССР, сер. Хим. и хим.технология, 1977, т.20, Р б, с. 540-545.

96. Муджири В.Г., Акутин М.С., Соголова Т.И. и др. Влияние тер-моэластопластов на деформационные свойства полиэтилена высокой плотности. Труды МХТИ им. Д.И.Менделеева, 1974, т.80, с.125-127.

97. Носов М.П., Осинин С.Г., Акустический метод исследования молекулярной ориентации волокон. Высокомолек. соед., 1966, т.8, Р 5, с. 829-Ö33.

98. Калинчев Э.Л., Кацевман М.Ш. Исследование надмолекулярной структуры гранул кристаллических полимеров. Пластич. массы, 1975, Р 12, с. 21-23.

99. Логинов B.C., Кашковская Е.А. Влияние структуры и степени кристалличности поверхностного слоя труб из ПЭВП на их механические свойства. Пластич. массы, Р '¿, с. 28-30.

100. Наполнители для полимерных композиционных материалов.

101. Под ред. Каца Г.С. и Милевски Д.В. М.: Химия, 1981. - 736 с.