ИССЛЕДОВАНИЕ СТЕПЕНИ НАБУХАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЯДОХИМИКАТАХ

АННОТАЦИЯ

В работе исследована химическая стойкость композиционных полимерных материалов, предназначенных для изготовления резервуаров машин химической обработки хлопчатника. Оценено влияние ядохимикатов на степень набухания и физико-механические свойства полиэтилена, полипропилена и поликапроамида. Экспериментально установлено, что воздействие агрессивных сред проявляется преимущественно через процессы диффузии, набухания и химических реакций. Показано, что стабилизированные полиэтиленовые композиции обладают минимальной степенью набухания и высокой эксплуатационной стойкостью.

ABSTRACT

The paper investigates the chemical resistance of composite polymer materials intended for the manufacture of tanks for cotton chemical treatment machinery. The influence of toxic chemicals on the degree of swelling and the physico-mechanical properties of polyethylene, polypropylene, and polycaproamide is evaluated. Experimental results show that the action of aggressive media is mainly associated with diffusion, swelling, and chemical reactions. It is demonstrated that stabilized polyethylene composites exhibit a minimal degree of swelling and high operational durability under exposure to agrochemical solutions.

Ключевые слова: композиционные материалы, агрессивная среда, резервуары, набухание, ядохимикаты.

Keywords: composite materials, aggressive environment, reservoirs, swelling, toxic chemicals.

Введение. Одним из путей повышения урожайности хлопчатника, как одной из основных сельскохозяйственных культур, является проведение мероприятий по защите растений от вредителей, болезней и сорняков.  Применяемые в хлопководстве машины для химической обработки позволяют для этой цели вносить ядохимикаты, гербициды и т.п. при посеве хлопчатника, а также выполнять работы по дефолиации и десификации хлопчатника [1].

Для оценки возможности использования композиционных полимерных материалов для производства резервуаров, находящихся в условиях воздействия открытой атмосферы, выполнены исследования изменения физико-механических свойств и микроструктуры полимерной композиции в процессе длительного воздействия факторов сухого жаркого климата в течение двух лет, а также влияние растворов ядохимикатов на разработанные материалы [2,3].

Целью данного исследования является разработка резервуаров из композиционных полимерных материалов и влияния ядохимикатов на их свойства (степень набухания).

Материалы и методы исследования

Объектами исследования являются полиэтилен средней плотности для ротационного формования различных марок полиэтилен средней плотности (ПЭСП) R-0333-UMDPE, R-0338-UMDPE и R-0348-UMDPE с различным индексом расплава и плотностью, удовлетворяющие общим требованиям (технологичность и экономичность материала), обладающие низкой стоимостью, технологичностью и недефицитностью, полипропилен и поликапроамид; минеральные наполнители-каолин и тальк, углеграфитовые наполнители - графит и сажа; светостабилизатор СС-1, синтезированный на основе эпихлоргидрина (ЭХГ) с оксиазолами и бензтриазолом на полимерной матрице, термостабилизатор ТС-1 на основе эпихлоргидрина (ЭХГ) с госсиполом и ортофосфорной кислотой, а также различные химические растворы, применяемые при обработке хлопчатника.

В качестве агрессивных сред были выбраны те соединения, которые используются в хлопководстве, а также применяемые в сельском хозяйстве.

Выбор агрессивных сред осуществлен с таким расчетом, чтобы было возможно оценить химическую стойкость полимерных материалов в растворах ядохимикатов, применяемых для химической обработки хлопчатника в процессе агротехнических приемов его возделывания.

При возделывании хлопчатника применяют химические средства: гербициды - которан (Ц-2059, фиторметурон), монурон (хлорфенидим, тельвар, СМУ), трефлан (трифторамин, нитрофор); инсектициды и акарициды - антио (25% эмульгирующийся концентрат), рагор (фосфамид, диметоат, БИ-58); дефолианты и десиканты – хлорат магния, бутифос и др.

Таким образом, при проведении экспериментов в качестве агрессивных сред использовали 2%-ные растворы бутифоса, которана, прометрина, рагора, антио и 10%-ный раствор хлората магния.

Физико-химические, механические и эксплуатационные свойства, разрабатываемых композиционных полиэтиленовых материалов и резервуаров, были определены методами в соответствии с требованиями, принятых в СНГ ГОСТов.

Результаты и обсуждения

Резервуары опрыскивателей эксплуатируются при воздействии агрессивных жидкостей и различных атмосферных условий - солнечной радиации, положительных и отрицательных температур, влаги, ветра и других климатических факторов. Изучение воздействия этих факторов на полимеры позволяет, наряду с определением химической стойкости, сделать выводы о возможности использования этих материалов для изготовления резервуаров машин по химической обработке растений [4,5].

Одним из основных требование для резервуаров является их набухаемость в агрессивных средах.

Химическая стойкость полимерных материалов исследовалась в ядохимикатах, применяемых при возделывании хлопчатника. За основу принята критерия стойкости материала - изменение его веса и физико-механических свойств.          Испытания проводили на образцах, полученных путем вырезания из образцов композиционных полимерных резервуаров, а также путем литья под давлением на термопластавтомате ТП-125, форма и размеры которых соответствуют ГОСТ 11262-76. Образцы взвешивались на аналитических весах АДВ-200 М с точностью ±0,1 мг в исходном состоянии и через 25, 50, 100, 200, 500 часов выдержки в средах.

Химическую стойкость оценивали по степени набухания:

 где  – начальная масса образца;  – масса образца после набухания.

Предельные значения  за время набухания процесса оценивали константой скорости набухания:

где  – степень набухания за время .

Одной из причин разрушения материалов и изделий из полимеров являются процессы старения, протекающие во времени и сопровождающиеся разрывами химических связей в главных цепях, уменьшением их молекулярной массы, изменением их структуры и физико-механических свойств. Как ядохимикаты, так и минеральные удобрения, при взаимодействии с рабочими органами и узлами машин и механизмов, применяемых для химической обработки и внесения минеральных удобрений, вызывают сильную коррозию, а при одновременном воздействии с механическими нагрузками приводят к коррозионно-механическим разрушениям материала. Кроме того, наличие в растворах ядохимикатов абразивных частиц приводит к интенсивному износу деталей рабочих органов этих машин.

На рисунках 1,2 представлены зависимости a для различных полимерных материалов в зависимости от времени выдержки.

Рисунок 1. Зависимость степени набухания полимерных материалов от времени выдержки в антио (сплошная) и которане (штриховая)

1-1' – поликапроамид; 2-2' – ПЭНП – 16803-070; 3 -3' –ПЭНП- 2209-03; 4-4' – ПЭНП- 176-14; 5-5' - полипропилен

Заключение

В результате проведенных исследований показано, что из испытанных материалов низкую степень набухания имеет стабилизированный полиэтилен. Константа скорости набухания этого полимера минимальна. По показателям интенсивности объемной сорбции для этого вида материала отмечены сравнительно высокие значения К в бутифосе и антио. Существенно, что абсолютные значения сорбции во всех случаях крайне малы. Так, через 500 часов контакта с бутифосом и антио стенки 200-литрового резервуара из ПЭНП- 6803 и машины ПГС-2 сорбируют около 0,2-0,6 % от массы первоначально взятой жидкости.

Рисунок 2. Зависимость степени набухания полимерных материалов от времени выдержки в прометрине (сплошная) и рагоре (штриховая)

1 – ПЭНП – 16803-070; 2 – ПЭНП- 176-14; 3 – ПЭНП- 2209-03; 4 – полипропилен; 5 – поликапроамид

Таким образом можно сказать, что воздействие агрессивной среды на полимерные материалы сводится, в основном, к диффузии, набуханию и химическим реакциям. Проведенные исследования влияния ядохимикатов на свойства термопластичных полимерных материалов показывают, что выбранные полимерные материалы по физико-механическим свойствам вполне соответствуют требованиям, предъявляемым к разрабатываемым композиционным полимерным материалам для изготовления резервуаров для агрегатов машин при химической обработке хлопчатника.

Список литературы:

1. Тарнович Н.К. Современное состояние и перспективы механизации химического метода защиты сельскохозяйственных культур от вредителей, болезней и сорняков // Сб. тр. «Механизация технологических процессов защиты растений». –Л., 1970. – С. 3-8.
2. Беневоленский И.Е., Пичугин И.К., Лоу И.Ю. и др. Применение полимерных материалов в машиностроении //Сб. тез. Межд. конф. «Пластмассы в машиностроении», - София, 1981. – С.3.
3. Юлдашев Б.Б., Негматова К.С., Халимжанов Т.Т. Исследование влияния ядохимикатов на свойства полимерных материалов //Ж. Universum: технические науки. Выпуск: 2(119) Москва 2024. . – C.41-43.
4. Клейман С.Я., Голендер Б.А. Исследование химической стойкости полимерных материалов в агрессивных средах, используемых при химической защите хлопчатника // Механизация хлопководства, 1977. - № 10. – С. 23-24.
5. Голендер Б.А., Шеин В.П., Клейман С.Я. Атмосферостойкость и химическая стойкость ПЭВД, переработанного ротационным формированием // Пластические массы, 1980. - № 11. – С. 36-37.