Влияние наполнителей на теплофизические свойства полиэтилена

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

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

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

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

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/м²   для исходного ПЭВП до 98 кДж/м²   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

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