Влияние наполнителей на теплофизические свойства полиэтилена

Influence of fillers on thermal polyethylene properties
Цитировать:
Влияние наполнителей на теплофизические свойства полиэтилена // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Аликулова Д.А. [и др.]. 2020. № 8 (74). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/10586 (дата обращения: 11.08.2022).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В статье показано, что введение в полиэтилен дисперсного наполнителя позволяет повысить весь комплекс тепло-физических характеристик, также улучшаются показатели горючести разработанных полимер матричных композитов.

ABSTRACT

The article shows that the introduction of a dispersed filler into polyethylene makes it possible to increase the entire range of thermal and physical characteristics, and also improves the flammability of the developed polymer matrix composites.

 

Ключевые слова: полиэтилен, дисперсный вермикулит, базальт, физико-механические свойства.

Keywords: polyethylene, dispersed vermiculite, basalt, physical and mechanical properties.

 

Введение

В настоящее время в мире ежегодно вырастает потребность к полимерным композиционным материалам в связи с высокими темпами роста населения и промыщленного производства. При этом в сфере автомобилестроения и строительства ставятся высокие требования к полимерным композиционным материалам. Однако, низкая стойкость к горению, присущие полимеров композиционных материалов на основе полиэтилена, значительно ограничивают область их применения.[1]

Модифицированием крупнотоннажных полимеров, совершенствованием процессов их производства, качества сырья и методов совмещения компонентов, удается достигнуть существенного повышения качества, как самих полимеров, так и свойств композитов на их основе, что позволяет расширить ассортимент и области их применения [2].

Результаты и их обсуждение

В данной исследование по методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) определено температуры плавления и степени кристалличности композиционных материалов на основе полиэтилена высокой и низкой плотности. Полученные данные сведены в таблицу 1.

Полученные данные ДСК подтверждают повышение теплофизических свойств композитов, содержащих наполнителей высокой степеней. Повышение температура плавления позволяет изготовить из данных полимер композиционных материалов, различные изделия, в частности, оболочков электрокабелов с высокой теплостойкостью.[3;4]

Таблица 1.

Данные ДСК композиций полиэтилена ПЭВП

 Состав композиции

Начало

плавления, То С

Пик плавления, Т°С

Энтальпия,

ΔН, Дж/г

 

Степень кристалличности

ɑ, %

ПЭВП

125

134

182

62

ПЭВП/ВК

126

137

199

68

ПЭВП/ТЭАС/ВК

127

139

193

66

ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВК

129

143

190

65

ПЭВП/БТ

128

140

207

71

ПЭВП/ТЭАС/БТ     

130

142

194

66

ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/БТ

132

146

189

65

ПЭВП/ВТ

126

139

196

67

ПЭВП/ТЭАС/ВТ

129

141

192

66

ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВТ

135

142

187

64

 

В таблице 2 представлены результаты термогравиметрического анализа композиций на основе ПЭВП.

Как видно из таблицы 7, разложение полиэтилена высокой плотности начинается при температуре 4300С, а максимальная скорость термодеструкции наблюдается при температуре 4700С. [4;5]

Таблица 2.

Результаты термогравиметрического анализа композиций на основе ПЭВП

Композиции

Тначала разложения, °С

Т 50%-ной потери массы, °С

Максимальная скорость

разложения, мг/оС

ПЭВП

430

470

0,035

ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВК

465

480

0,035

ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/БТ

470

485

0,035

ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВТ

460

475

0,04

 

Скорость деструкции полиэтилена высокой плотности составляет 0,035 мг/оС.

Масса образца ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВК не меняется до 465°С Выше температуры 465°С, образец начинает разлагаться. При температуре 480°С разлагается со скоростью 0,035 мг/оС, с общей потерей массы 50%.

В композиции ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/БТ наблюдается некоторое повышение температуры разложения. 50%-ная потеря массы наблюдается при 485°С со скоростью 0,035 мг/оС.[5;6]

Введение в композицию волластонита термостабильность не повышается. В композиции ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВТ при 460 °С начинается деструкция. 50%-ная потеря массы наблюдается при 475°С со скоростью 0,04 мг/оС.

Разработанные материалы исследовались на воспламеняемость методом кислородного индекса. При введении в ПЭВП наполнителей, кислородный индекс возрастает с 19 до 26 и 25 % об. соответственно (табл. 3).

Таблица 3.

Влияние наполнителей на термостойкость и горючесть полиэтилена

 

 

 

 

Состав композиции

Время само-стоятельного горения, с

Потеря массы при поджигании на воздухе, %

Кислород-ный индекс, % об.

Началь-ная темпе-ратура дест-рукции, 0С

Коксо-вый остаток при 7000С, %

Тепло-стойкость по Вику, 0С

ПЭВП

240

58

19

280

18

91

ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/БТ;

115

27

25

284

35

101

ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВК;

116

28

26

285

36

103

ПЭВП/ПЭМА/ТЭАС/ВТ;

115

28

26

283

34

105

 

Добавление наполнителей в полиэтилена время самостоятельного горения уменьшается в два раза по сравнению с исходным полиэтиленом, а также уменьшается потеря массы при сгорании.[4;6]

В статье рассмотрены свойства композиционных материалов, наполненных базальтовыми волокнами.

В таблице 4 приведен сравнительный анализ физико-механических свойств композиционных материалов на основе базальтовых волокон.

Таблица 4.

Сравнение физико-механических характеристик композитов при введении базальтового волокна

Состав композиции

Плотность,

(при23°С), г/см3

Ударная вязкость, кДж/м2

σ

изгиба, мПа

σ разрыва, мПа

Удлине-ние,

%

Усадка,

%

ПЭВП

0,95

50

24

21

750

3

ПЭВП/БВ                     

1,1

87

45

46

178

2,6

ПЭВП/ТЭС/БВ         

1,25

92

48

51

120

2,0

ПЭВП/ПЭМА/ТЭС/БВ

1,2

98

56

62

84

1,8

ПЭВП/Стекловолокно

1,1

86

      52

       55

      88

     2

 

При создании композиционных материалов были использованы базальтовые волокна, диаметром от 6 мкм до 13 мкм и длиной 140 мкм, обработанные в качестве замасливателя –тетраэтоксиланом (ТЭС). Использование этой системы позволило увеличить адгезию между волокнами и полиэтиленом

Установлено, что применение БВ позволяет повысить ударную вязкость от 50 кДж/м для исходного ПЭВП до 98 кДж/м для композиций; прочность при изгибе (24-56 МПа) возрастает, прочность при разрыве повышается от 21 МПа до 62 МПа для композита с ПЭВП/ПЭМА/ТЭС/БВ. Для определения предельного температурного интервала эксплуатации полиэтилена, наполненного базальтовым волокном, были получены термограммы образцов методом дифференциальной сканирующей калориметрии, определена теплостойкость по Вику. [4;5]

Таблица 5.

Данные дифференциальной сканирующей калориметрии для композитов на основе полиэтилена, наполненного базальтовым волокном

Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ПЭ

Т пл,

°С

Тпик пл, °С

 

∆Н,

энтальпия, Дж/г

Теплостойкость по Вику, 0С

ПЭВП

125

134

 

182

136

ПЭВП/БВ                     

130

142

 

210

141

ПЭВП/ТЭС/БВ         

132

145

 

196

145

ПЭВП/ПЭМА/ТЭС/БВ

134

148

 

187

150

 

При использовании в качестве наполнителя 40 мас.% базальтовых волокон наблюдается небольшой прирост температуры начала плавления, однако температура, соответствующая максимальному эндотермическому эффекту плавления, различен для всех рассматриваемых композитов. Теплостойкость по Вику возрастает со 136°С до 154°С.[5;6]

ВЫВОДЫ. Доказана возможность использования дисперсного вермикулита, базальта и базальтового волокна в качестве наполнителей для полиэтиленовой матрицы.

Показано, что введение в полиэтилен дисперсного вермикулита и базальта позволяет повысить весь комплекс теплостойкости, а также улучшить показатели горючести, разработанные полимерные композиционные материалы (ПКМ).

 

Список литературы:

  1. Полимерные композиционные материалы (часть 1): учебное пособие / Л.И. Бондалетова, В.Г. Бондалетов. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 118 с.
  2. Егорова О.В. Направленное регулирование структуры и свойств полиэтилена, наполненного дисперсными наполнителями / О.В.Егорова, Ю.А. Кадыкова, С.Е.Артеменко // Пластические массы. - 2012. - № 4. - С. 57-59.
  3. Ней З. Л, Илатовский Д. А., Борисова В.С., Осипчик В.С., Кравченко Т.П. Изучение свойств высоконаполненных полиолефиновых композиции //Успехи химии и химической технологии №10 (169) 2015г. С.41-43
  4. Нормуродов Б.А., Тураев Х.Х., Джалилов А.Т., Нуркулов Ф.Н., Расулова С.М. Изучение физико-механическиx свойств полученного полисульфидного олигомера на основе тетрасульфида натрия  и фосфата аммония / Universum: химическая технология: электрон. науч. журнал. -2018. -№7 (52).-C.62-65
  5. Ней Зо Лин. Технологические и эксплуатационные свойства наномодифицированного полиэтилена. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук .Москва – 2017
  6. Тожиев П.Ж., Нормуродов Б.А., Джалилов А.Т., Тураев Х.Х., Нуркулов Ф. Н. Изучение физико-механическиx свойств высоконаполненных полиэтиленовых композиций / Universum: химическая технология: электрон. науч. журнал. -2018. -№2 (47).-C.62-65
Информация об авторах

ст. преп., Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез

Senior Lecturer, Termez State University, Republic of Uzbekistan, Termez

ст. науч. сотрудник-исследователь, Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез

Senior researcher, Termez State University, Republic of Uzbekistan, Termez

д-р хим. наук, профессор, Термезский государственный университет, 190111, Республика Узбекистан, г. Термез, улица Ф. Ходжаева, 43

doctor of chemical sciences, professor, Termez State University, 190111, Republic of Uzbekistan, Termez, F.Hojayev str., 43

д-р хим. наук, профессор, академик АН РУз., директор ГУП «Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии», 111116, Узбекистан, Ташкентская область, Зангиатинский район, п/о Шуро-базар

doctor of chemistry, professor, Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, director of the Stat Unitary Enterprise Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, 111116, Uzbekistan, Tashkent region, Zangiata district, P / o Shuro-bazaar

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top