СРАВНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭТИЛЕН ПРОПИЛЕНОВЫХ СОПОЛИМЕРОВ РАЗЛИЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты сравнения основных физико-механических показателей этилен пропиленовых сополимеров производства компании «PolyMirae Company Ltd.», СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical», ПАО «Нижнекамскнефтехим». Так же определена возможность их взаимозаменяемости при производстве полипропиленовых композиций.

ABSTRACT

The article presents the results of a comparison of the main physical and mechanical properties of ethylene-propylene copolymers produced by PolyMirae Company Ltd., JV Uz-Kor Gas Chemical LLC, PJSC Nizhnekamskneftekhim. And also determined the possibility of their interchangeability in the production of polypropylene compositions.

Ключевые слова: этилен пропиленовый сополимер, показатель текучести расплава, модуль упругости при изгибе, предел текучести при растяжении, удлинения ударная вязкость, температура изгиба под нагрузкой.

Keywords: ethylene propylene copolymer, melt index, flexural modulus, tensile yield strength, elongation, impact strength, heat distortion temperature.

Введение. Настоящее время, в связи с развитием автомобильной промышленности возрастает потребность в новых и совершенствовании существующих композиций на основе полипропилена и других полимерных материалов [1,2,3,4].

Чаще всего рецептура компаунда составляется для одного вида полипропилена производства одной компании, но, в тоже время, производители компаундов должны иметь возможность использовать базовое сырье и других производителей. Этот фактор выходит в первый план при отсутствии базового полипропилена или при необходимости снижения себестоимости, приобретая более дешевое сырье и при этом сохраняя физико-механические показатели компаундов на достигнутом уровне.

Ранее полипропиленовые композиции для автомобильной промышленности изготавливались на основе импортного материала. Например, такое крупное предприятие, как СП ООО “UzAuto CEPLA” использовала продукцию фирмы «PolyMirae Company Ltd.» республики Корея. В данное время в нашей Республике запущен завод СП ООО «Uz-Kor Gas Chemical» по производству полипропилена различных марок, производимых по технологии LOTTE Chemical Corporation. В связи с этим, необходимо сравнить качество отечественного полипропилена с импортируемым, для возможности их взаимозаменяемости. В качестве альтернативы был так же рассмотрен полипропилен производства ПАО «Нижнекамскнефтехим» Российского производителя (НКНХ), выбран он как наиболее подходящий для наших целей и широко используемая в нашей стране.

В качестве исследований были выбраны сополимеры этилена с пропиленом, как наиболее подходящий вид полимера, применяющийся в производстве композиций. Первоначальный выбор сравниваемых марок отбирался по данным паспортов качества базовых марок полипропилена, для того чтобы произвести равнозначную замену исходного сырья без ухудшения требуемых физико-механических свойств компаундов.

Целью данной работы является исследование физико-механических свойств базовых марок сополимеров пропилена, для прогнозирования параметров создаваемых компаундов и определения возможности их взаимозаменяемости.

Методика эксперимента. Исходные марки полипропилена подбирались по такому важному показателю как показатель текучести расплава (ПТР) и были разбиты на три группы, представленные в Таблице 1.

Таблица 1.

ПТР базовых марок полипропилена различных производителей

В первую группу вошли три полимера с ПТР 50-58 гр/10мин, во вторую группу вошли три полимера с ПТР 29-32 гр/10мин, а в третью полимеры с ПТР 9-10 гр/10мин.

Исследовались такие показатели полимера как, модуль упругости при растяжении, модуль упругости при изгибе, ударная вязкость по Изоду и Шарпи усадка, коэффициент линейного температурного расширения базовых марок сополимера для сравнения этих показателей по 3 группам.

Представленные в сопроводительных документах данные на сырьё, к сожалению, имеют показатели, проведенные по разным методам исследований, таким как ISO, ASTM и ГОСТ России. Поэтому, представляет интерес провести исследование только по одному стандарту, так как для большинства полимерных композиций, для деталей автомобиля используются показатели по ISO.

Образцы для испытаний были изготовлены методом инжекционного литья, при температуре 220ºС. Полученные образцы выдерживались при температуре 23ºС и относительной влажности 50%, не менее 24 часа для измерений всех показателей и не менее 48 часов для измерения усадки образцов, согласно требованиям.

Исследовались такие показатели как, показатель текучести расплава, модуль упругости при растяжении, модуль упругости при изгибе, ударная вязкость по Изоду, удлинение, температура изгиба под нагрузкой  и усадка.

Испытание на прочностные характеристики проводились в универсальной разрывной машине марки Tinius Olsen H25KT. Ударные показатели снимались в приборе Tinius Olsen модели IT504. Текучесть и плотность материала определялось в приборах Tinius Olsen модели МР1200 и Alfa Mirage MD300, соответственно. Температура изгиба под нагрузкой   определялось в приборе Tinius Olsen модели 303HDTM и усадка образцов определялось в микроскопе Olympus STM6. 

Для измерения температурных коэффициентов линейного расширения использовали прибор “Rigaku TMA модели 8310”. Измерение коэффициента линейного температурного расширения материалов проводятся на образцах в виде бруска с основанием 4х4 мм, высотой 20 мм. Управления модулем происходят автоматически, при помощи компьютерной программы “Thermo plus EVO System”.

Измерение усадки полипропиленовых компаундов проводилось на оптическом микроскопе “OLYMPUS STM 6”.

Результаты. Полученные результаты представлены на таблицах 2-4.

Таблица 2.

Показатели различных видов сополимеров полипропилена с низкой текучестью

Таблица 3.

Показатели различных видов сополимеров полипропилена с средней текучестью

Таблица 4.

Показатели различных видов сополимеров полипропилена с высокой текучестью

Из данных таблиц видно, что наиболее высокими механическими показателями обладают полимеры производства PolyMirae. Существенная различие наблюдается для таких показателей как предел текучести при растяжении и ударные характеристики, до 30%. Модуль упругости при изгибе тоже немного выше, до 12%. Повышенные прочностные характеристики этих марок полипропилена приводит и к улучшению теплофизических характеристик (температура изгиба под нагрузкой). Но в тоже время, этот фактор приводит к значительному снижению удлинения (от 100 до 5%). Значить при переходе от этого полипропилена к отечественному, надо учитывать повышенную прочность и низкое удлинение полимеров производства PolyMirae и подбирать соответствующие модификаторы. Данное предположения будет проверено при изучении свойств композиций, созданных на основе исследуемых полимеров.

При сравнении полипропилена производства Узбекистана и России наблюдается, что они имеют практически идентичные значения, и перевод производства от одного вида на другой не будет создавать существенные проблемы. Но следует учесть, что полипропилены Российского производства, имеет специфических запах, который проявляются при высоких температурах переработки.

Далее были исследованы такие важные характеристики как коэффициент линейного расширение и усадка испытуемых образцов. Они имеет большое значение при эксплуатации и получении деталей из полимерной композиции.

Изучение кривых зависимости коэффициента линейного температурного расширения показало линейную зависимость от температуры. Данная закономерность наблюдалась для всех испытанных нами образцов. В рисунке 1 представлены средние показатели коэффициента линейного температурного расширения для различных марок полипропилена (A).

Рисунок 1. Средние показатели коэффициента линейного температурного расширения (A) для различных марок полипропилена

Из данных видно, что полимеры одной группы, различных производителей имеют одинаковые показатели. Например, полимеры первой группы имеют следующие показатели: EP 640T-8.9; JM 380-8.9; PP 8348 SM-8.8. Данная закономерность соблюдается и для других групп полимеров.

Далее исследовалась усадка образцов (B). Данные представлены в рисунке 2. Из представленных данных видно, что в этом случае корреляция усадки от ПТР соблюдается не во всех случаях. Для полимеров с низкой ПТР закономерность зависимости усадки от ПТР коррелируются в пределах ошибки эксперимента. Однако для других групп полимера данная закономерность не соблюдается.

Рисунок 2. Усадка (B) различных марок сополимеров пропилена

Заключение. При получении полипропиленовых компаундов, основным критерием взаимозаменяемости базового полимера является их показатель текучести расплава при близком значении других регламентируемых показателей.

Замена полипропилена Российского производства отечественным полимером не приведет существенному изменению рецептуры и технологии производства, в следствии того, что они имеет приблизительно схожие показатели.

Замена полипропилена Корейского производства отечественным может потребует корректировки рецептур, без изменения технологии производства.

Составляя рецептуры новых компаундов, особенно для высоко текучих полимеров, при замене одного полимера другим, необходимо учитывать несоответствие параметров усадки подбираемых материалов.

Список литературы:

1. А.Д.Шуляк, В.А.Полетаев, А.С.Лунин. Композиционные термопласты: от отделочных до крупногабаритных деталей АТС. // Автомобильная промышленность, 1989, №12, с.10-11.
2. Дж.Л. Уайт, Д.Д. Чой. Полиэтилен, полипропилен и другие полиолефины.  Перевод с англ. яз. под редакцией д. т.н.  проф. Е.С. Цобкалло С. ,Петербург.  Изд. Профессия , 2006 г.256с
3. Усманов И.Т., Алимухамедов М.Г., Айходжаев Б.Б., Исабоев С.С., Джураев А.Б. Исследование полипропилена отечественного производства, Материалы международной конференции «Современные инновации: Химия и химическая технология соединений ацетилена. Нефтехимия. Катализ». Ташкент 2018. С 158-159.
4. Zuiderduin W.C.J. Toughening of polypropylene with calcium carbonate particles// -Amsterdam: Polymer.2003.v 44-P. 261.