РЕГУЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛИПРОПИЛЕНОВОЙ КОМПОЗИЦИИ ТАЛЬКОМ И ЭЛАСТОМЕРОМ

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты исследования технологических и физико-механических свойств полимерной композиции, состоящей из блок-сополимера пропилена, термопластичного эластомера и талька наполнителя. Изучено влияние отдельных компонентов композиции на эти свойства.

ABSTRACT

The article presents the results of a study of the technological and physical and mechanical properties of a polymer composition consisting of a block copolymer of propylene, thermoplastic elastomer and talc filler. The influence of individual components of the composition on these properties has been studied.

Ключевые слова: тальк, эластомер, показатель текучести расплава, ударная вязкость, модуль упругости, трехкомпонентный компаунд.

Keywords: talc, elastomer, melt flow rate, impact strength, elastic modulus, three-component compound.

Введение. Применение полимерных композиций в автомобильной промышленности расширяется год от года. Одной из областей применения таких композиций являются компаунды на основе полипропилена, который широко заменяет  металл в отдельных деталях конструкции автомобиля [1].

К сожалению, в большинстве случаев многие характеристики полипропилена по себе оказываются недостаточными для эффективного применения в этой области. Поэтому практически сразу после освоения промышленного производства полипропилена стали прибегать к его модификации, компаундируя наполнителями различной природы, с целью улучшения эксплуатационных качеств материала [2-10]. Так, широко применяемым приемом повышения ударной прочности и морозостойкости материала является введение в его состав эластомеров, а для повышения жёсткости и теплостойкости полимера используется введение минеральных наполнителей. В большинстве работ отмечается, что величина модуля, главным образом, определяется объемной долей жестких включений [11-12].

Целью данной работы являлось исследование влияния модификаторов, таких как эластомер и тальк на свойства компаундов на основе полипропилена.

Методика эксперимента. В работе использовался местный полипропилен (ПП) марки JM370 производства Uz-Kor Gaz Сhemical, выпускающий продукцию по технологии Mitsui, c показателем текучести расплава (ПТР) 30гр/10мин, этиленпропиленовый эластомер марки LC170, c ПТР 1гр/10мин производства компании LG Chem. В качестве наполнителя использовался измельченный и переработанный в Республике Узбекистан тальк марки МТ-1, месторождения которого является ИР Афганистан.

Перемешивание состава компаундов, проводили на лабораторном двух шнековом экструдере предварительно смешав все вручную в течении 15 минут, при температуре 180°С - 220°С и частоте вращения шнеков 85об/мин. Образцы для испытаний готовили согласно стандарту ISO методом литья под давлением.

Результаты. Сперва исследовались различные физико-механические свойства исходного полипропилена и смеси исходного полипропилена одним из модификаторов, данные которых представлены в виде диаграмм (Рисунок 1-4).

Методы и условия испытаний композиций представлены в таблице. При этом концентрация модификаторов изменялась с 10 до 20%. Сделано это для оценки влияния каждого модификатора по отдельности.

На Рисунке 1 показана диаграмма изменения плотности полученного компаунда от содержания талька и эластомера.

Рисунок 1. Зависимость плотности компаунда от содержания талька и эластомера

Мы видим, что при добавлении талька в 10% и 20% (массы в соотношении) плотность компаунда увеличивается на 10% и 16% это связано с высокой плотностью самого наполнителя (ρ=2,8гр/см³). А при добавлении эластомера в соотношении 10% и 20% плотность снижается незначительно, что обусловлено низкой плотностью эластомера (ρ=0,869гр/см³) и при этом изменение плотности конечного продукта соизмеримо с концентрацией добавленного модификатора.

Рисунок 2. Зависимость ПТР компаунда от содержания талька и эластомера

На Рисунке 2 показана диаграмма изменения ПТР компаундов от содержания талька и эластомера. Добавление в базовый ПП талька и эластомера приводит к снижению ПТР. В случае добавлении талька 10% и 20% ПТР снижается на 10% и 16% за счет образовании тугоплавкой смеси ПП+тальк. В случае добавлении эластомера 10% и 20% ПТР снижается на 30% и 44% соответственно.

Из полученных результатов видно, что эластомер оказывает более сильный эффект на ПТР чем тальк, что достигается за счет добавления низко текучего эластомера (ПТР=1гр/10мин). Можно сказать, что добавление эластомера снижает вязкость системы пропорционально его доли, а влияние концентрации талька на вязкость системы носит более сложный характер.

На Рисунке 3 показана зависимость модуля упругости компаундов от содержания талька и эластомера.

Рисунок 3. Зависимость модуля упругости компаунда от содержания талька и эластомера

Рисунок 4. Зависимость ударной вязкости компаундов от содержания талька и эластомера

Как и ожидалось, при добавлении талька 10% и 20%, модуль упругости при изгибе увеличивается на 34% и 60% за счет анизотропных свойств частиц талька. Также увеличивается температура изгиба под нагрузкой 1,8МПа на 18% и 22%. Но резко ухудшается относительное удлинение при разрыве на 54% и 85%. В случае добавление эластомера модуль упругости снижается, за счет увеличения эластичности системы. Схожая тенденция наблюдаются и для такого показателя как модуль упругости при растяжении.

На Рисунке 4 показана зависимость ударной вязкости компаунда от содержания талька и эластомера. Мы видим, что добавление талька способствует снижению ударной вязкости по Шарпи с надрезом при +23°С на 24% и 45% (для 10 и 20% соответственно), а при -30°С на 61% и 61% соответственно. Это наблюдается изза увеличения жесткости компаунда.

Добавление эластомера в количестве 10 и 20% способствует повышению ударной вязкости при +23°С в 1,6 и 2,3 раза, и при -30°С в 1,2 и 1,5 раза, соответственно.

Также было установлено, что добавление талька и эластомера способствуют к снижению усадки компаунда. Увеличение содержания талька приводит к снижению усадки, вследствие наполнения системы и увеличения расстояния между макромолекулами полимера.

Для более детального анализа влияния талька и эластомера на свойства полимерного компаунда были изучены свойства трехкомпонентного компаунда ПП+Тальк+Эластомер.

В таблице предоставлены физико-механические свойства этих компаундов.

Таблица

Физико-механические свойства трех компонентных компаундов

Как видно из полученных данных в таблице, общие закономерности наблюдавщиеся для двух компонентных систем, наблюдаются и для трехкомпонентных. Это значить что с помошью талька и эластомера можно создать компаунд с регулируемыми свойствами исходя из требований потребилей.

Выводы. Выяснилось, возможность регулирования значения такого важного технологического показателя как показателя текучести расплава, варьируя концентрацией таких модификаторов как тальк и эластомер. Таким образом для достижения целей можно регулировать и другие важные характеристики компаунда.

Установлено что, с помощью талька и эластомера можно получить полипропиленовые компаунды, с заранее предсказуемыми свойствами.

Список литературы:

1. S.Kagaku, S.Moritomi, T. Watanabe, S.Kanzaki. “Polypropylene Compounds for Automotive Applications  Sumitomo Chemical Co., Ltd. Petrochemicals Research Laboratory – 2010. pp 1-16.
2. Nikolaev A.F., eds. Sinteticheskiye polymeri i plasticheskiye massy na ikh osnove [polymers and plastics based on them]. Moscow, Khimiya Publ., 1966. 768 p.
3. Zweifel H., Ralph D.M., Schiler. Plastics additives handbook. 6th ed. Carl Hanser Verlag, munich/FRG, 2009. 1126 p. (Russ. ed.: Uzdenskogo V.B., Grygorova A.O. Dobavki k polymeram. Spravochnik. Sankt-Petersburg, Professiya Publ., 2010.1138 p.)
4. White J.L., Choy D.D., Polyolefins processing, structure development, and properties 1th ed. Cael Hanser Verlag, Munich/FRG, 2004. 306 p. (Russ.ed.: Tsobkallo Ye.S.,  S., Polietilen, polipropilen i drugiye poliolefiny. Sankt-Peterburg, Professiya Publ., 2006.256 p.)
5. Cornelia V., eds. Spravochnik po poliolefinam, vtoroye izdaniye, pererabotannoye i dopolnennoye [Handbook of polyolefins, second edition, revised and expanded.] New York, Marcel Dekker, Publ., 2000. 578 p.
6. Kaminsky W., eds. Poliolefiny: 50 let posle Tsiglera i Natta.  [Polyolefins: 50 years after Ziegler and Natta I.] Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Papierfresserchens MTM-Verlag, Publ., 2013, 257 p.
7. Al-Ali Al-Ma`adeed M., Krupa I., eds. Poliolefinovyye soyedineniya i materialy Springer International Publishing[Polyolefin Compounds and Materials Springer International Publishing] Switzerland, Publ.,2016. 354 p.
8. Mazina L.A., Deberdeev T.R., Deberdeev R.Ya., [Mineral flame retardants for halogen-free polyolefin compounds]. Mineral'nyye antipireny dlya bezgalogennykh poliolefinovykh kompaundov, 2015, no. 16. (In Russ.) Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/mineralnye-antipireny-dlya-bezgalogennyh-poliolefinovyh-kompaundov/viewer
9. Khayrulin R.Z., Sukhanov P.P., Arkhiriyev V.P. [On the influence of the flexibility of the polyamide ether chain on the properties of polymer-polymer mixtures polypropylene-polyamide ether]. O vliyanii gibkosti tsepi poliamidoefira na svoystva polimer-polimernykh smesey polipropilen-poliamidaefir, 2007, no. 12 (In Russ.) Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/o-vliyanii-gibkosti-tsepi-poliamidoefira-na-svoystva-polimer-polimernyh-smesey-polipropilen-poliamidoefir/viewer
10. Zelentskiy A.N., Sizova M.D., Volkov V.P., Artem'yeva N.YU., Yegorova N.A., Nikol'skaya V.P., [Mechanochemical modification of polyolefins in solid state] Mekhanokhimecheskaya modifikatsiya poliolefinov v tverdom sostoyanii, 1999, no. 5 (In Russ.) Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/mehanohimicheskaya-modifikatsiya-poliolefinov-v-tverdom-sostoyanii/viewer
11. Usmanov I.T., Alimuxamedov M.G., Ayxodjaev B.B., Isaboev S.S. Juraev A.B. [Study of domestically produced polypropylene].  Materialy mejdunarodnoy konferensii «Sovremennye innovatsiy: ximiya i ximicheskaya texnologiya atsetilenovyh soedineniy. Nefteximiya. Kataliz» [Materials of the international conference «Modern innovations: chemistry and chemical technology of acetylene compounds. Petrochemistry. Kataliz» ].Tashkent, 2018. pp. 158-159.
12. Usmanov I.T., Alimuxamedov M.G., Ayxodjaev B.B. [Waste use for the creation of polypropylene compositions for the automotive industry]. Zadachi oxrany okrujayuchey sredy v ximii i ximicheskix texnologiyax [Environmental problems in chemistry and chemical technologies]. 3-Seksiya . Tashkent, 2020, pp146-148
13. Harper С.А.Handbook of plastics, elastomers and composites. New York: Mc Grow Hill  Handbooks. 2002. –P.210.
14. Zuiderduin W.C.J. Toughening of polypropylene with calcium carbonate particles// -Amsterdam: Polymer.2003.v44-P. 261.