Дослідження структури та фізико-механічних властивостей композицій на основі поліетилену і просторово

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ І ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ КОМПОЗИЦІЙ НА ОСНОВІ ПОЛІЕТИЛЕНУ І ПРОСТОРОВО Зшити Полістирол

Отримання композицій на основі ПЕ, що використовується як пленкообразующего термопласту, і ПС, зшитого дивинилбензола (дБВ), складається з двох стадій. Перша стадія - отримання полімерної системи ПЕ - зшитий ПС здійснювалася реакцією кополімеризації стиролу з ДВІ в гранулах ПЕНЩ в суспензійний середовищі водного розчину крохмалю. Введення мономерів ц ініціатора в гранули осуще ствлялось набуханням гранул в суміші стиролу і ДВБ з розчиненим у мономера ініціатором полімеризації - перекисом бензолу.

Друга стадія - переробка екструзійно-каландровим методом по одному з двох способів.

Спосіб I - екструзія на екструдері з плоскощільнаа головкою з прийомом стрічки між двома прийомними валками каландра з регульованим обігрівом. Темпе ратура по зонах екструдера становила 150-230 °.

Спосіб II - екструзійна гомогенізація (додаткове змішання) в червячно-осціллірующімі змішувачі і далі переробка за способом I при температурі прийомних валків каландра Т к = 130 °.

Умови каландрования наведені в таблиці.

За даними екстракції в н-гептані та результатів дослідження методом парамагнітного спінового зонда було встановлено, що ПЕ в композиції знаходиться як у вільному стані, так і частково в іммобілізованим в сітці ПС, структурованого ДВБ [1]. Зміст зшитого ПС становить 25 вагу.%.

Механічні та релаксаційні властивості композицій вивчали на випробувальній машині «Інетрон». Деформаційно-міцнісні властивості визначали при розтягуванні зі швидкістю 100 мм / хв, релаксацію напруги досліджували в неізотермічної режимі при швидкості підйому температури 1 град / хв і постійної деформації 0,4%.

Вивчення структури проводили рентгенографічним методом з фотографічною реєстрацією в камері РКВ і з іонізаційної реєстрацією на приладі ДРОН-1. Орієнтація кристалітів ПЕ як у вихідній плівці ПЕ, так і в композиціях на основі ПЕ вивчена якісно по текстуррентгенограммам і кількісно за кутом дезорієнтації <р кристалітів. Останній параметр отриманий з напівширини кривої азимутального розподілу інтенсивності рефлексу (110).

Для дослідження складу поверхневого шару композицій використовувалося два методи: метод МНПВО ІЧ-спектроскопії [2] і сорбційного набухання.

В якості аналітичних смуг при дослідженні композиції методом МНПВО були використані смуга 720 см -1, відповідна маятниковим деформаційних коливань СН-зв'язків в ПЕ (як в кристалічній, так і в аморфній частини), і смуга 695 см -1, характерна для неплоских деформаційних коливань С-Н-свя зей п'яти незаміщених незалежних атомів водню, розташованих по сусідству в кільці ПС [3].

Для кількісної оцінки вмісту макромолекул ПЕ СПЕ і ПС СПС були отримані спектри пропускання ПЕ і ПС тієї ж марки і розраховані здаються коефіцієнти екстинкції (концентрацію відповідних зв'язків брали за 100%) та їх співвідношення, яке в максимумі смуг поглинання 690 см-1 / 720 см -1 одно 9,6. Знаючи це відношення, визначали процентний вміст ПЕ і зшитого ПС в поверхневому шарі.

Дослідження проводили на приладі «Specord Ш-75». Для вимірювання використовували приставку з двома плоскопараллельнимі дзеркалами і кристали з КРС-5 (9 = 60 °).

У сорбційних вимірах як сорбата використовували етилацетат, що є розчинником ПС. ПЕ в цьому розчиннику при кімнатній температурі набухає незначно (<2 вагу.% Протягом 20 год).

З кінетичних кривих набухання були визначені M t (Набухання за час t) і Ма, (рівноважний набухання) та визначено співвідношення M t jM. Побудова графіків залежності MtJM від it дозволило встановити можливість застосування для розрахунку коефіцієнта дифузії рівняння Фіка при співвідношенні М / Л / = 0 = 50,6. При цьому рівняння дифузії спрощується і приймає вигляд

де t - Час, D - Коефіцієнт дифузії, / - товщина плівки.

На рис. 1 представлені криві розтягування досліджуваних композицій.

Криві напруга а - деформація е композицій К-3, К-2, К-1 аналогічні один одному, мають межа текучості.

Абсолютні значення відносного подовження при розриві е р вздовж осі витяжки у композицій К-2 і К-3 трохи нижче, ніж у К-1. Міцність при розриві у композиції К-3 вище, ніж у К-2, що, очевидно, зумовлено більш високим ступенем витяжки на прийомних валках каландра.

Характер кривої о - е для композиції К-4, отриманої при Г к = 60 ° принципово інший - на кривих відсутня межа текучості. Значення е р у К-4 більш ніж на порядок нижче е Р композицій К-1, К-2, К-3. Міцність при розриві в напрямку вздовж осі витяжки зростає.

Характер деформаційних кривих композицій К-1 (спосіб переробки I) і К-5 (спосіб переробки II), отриманих при одній і тій же 7, = 130 °, однаковий. Проте е р вздовж осі витяжки у К-5 вище, ніж у К-1. Деформаційно-міцнісні властивості композицій досить добре корелюють з їх структурою.

У таблиці наведено результати дослідження структури ПЕ і композицій рентгенографічним методом. Було встановлено, що плівки ПЕ, К-1 і К-5 при наведених вище умов переробки виходять неорієнтованим; К-2 слабо орієнтована і характеризується α-текстурою кристалітів ПЕ з кутом дезорієнтації ф = 48 °; К-3 більш орієнтована. Вона також характеризується α-текстурою кристалітів ПЕ. Для К-3 на кривій азимутального розподілу інтенсивності спостерігаються два рефлексу 110 (тобто на текстуррентгенограмме їх буде 4). Отже, орієнтація кристаллитов ПЕ в композиції, отриманої при ступені витяжки 4, більш досконала, кут дезорієнтації рефлексу 110 становить 25 °. Композиція К-4 має високоорієнтивані з-текстуру кристалітів з кутом дезорієнтації ф = 13 °. Підвищення ступеня анізотропії К-4 пов'язане зі зниженням температури прийомних валків каландра до 60 °.

Рис. 1. Криві напруга - деформація для плівок ПЕ (1, Г) і композицій К-1 (2, 2 '), К-2 (3, 3 '), К-3 (4, 4 '), К-4 {5, 5 '), К-5 (6, 6 '), отримані при розтягуванні вздовж (1-6) і впоперек осі витяжки {Г-6 ')

При підвищенні Т до до 130 ° збільшується швидкість релаксаційних процесів, що призводить до отримання ізотропного структури К-1.

На рис. 2 представлені рентгенограми К-1, К-2, К-4. Наявність високоорієнтивані з-текстури кристалітів ПЕ в композиції К-4 призводить до зміни характеру деформаційної залежності, різкого падіння е р і відображається на його релаксаційних властивостях.

На рис. 3 показані криві релаксації і усадки 1 для зразків композиції К-4, вирізаних вздовж осі витяжки. Специфіка отриманої залежності напруга а - температура Т полягає в тому, що крива складається з двох ділянок, що відрізняються характером зміни а з Т: в інтервалі 20-60 ° о падає, в інтервалі 70-100 ° а зростає. Хід залежності а - Г на першій ділянці традиційний, він обумовлений релаксаційним процесом і тепловим розширенням. Згідно з літературними даними, температура 50 ° відповідає області ос-релаксації в кристалічних областях ПЕ [4]. Мабуть, зростання про на другій ділянці пов'язаний з тенденцією молекул до разоріентаціі.

В інтервалі температур 60-70 ° на кривій а - Т спостерігається плато, тобто на цій ділянці обидва процеси (падіння і зростання о) врівноважені.

Вимірювання усадки показали, що на першій ділянці до 60 ° відбувається розширення зразка, на другому> 60 ° усадка. Рентгеноструктурний аналіз вихідних композицій К-4 п К-4 після неізотермічного нагрівання в режимі релаксації і повзучості показав, що кут дезорієнтації Ф залишається постійним, тобто орієнтація кристаллитов не змінюється. Отже, зростання про в релаксаційному процесі і усадка обумовлені зменшенням фактора орієнтації ланцюгів в аморфній фазі ПЕ. Зроблений висновок узгоджується з літературними даними [5, 6].

Як зазначалося вище, при однаковому значенні Г = 130 ° додаткова гомогенізація (спосіб II) позначається на деформаційних властивостях композиції К-5. При цьому структура кристалітів ПЕ в композиції К-5 ізотропний, тобто така ж, як і в композиції К-1. Згідно з даними екстракції, вміст вільного ПЕ в композиції К-5 збільшується до 70 вагу.%, Що, мабуть, пов'язано з частковим руйнуванням сітки сополимера стиролу і ДВБ і вивільненням іммобілізованих макромолекул ПЕ в процесі гомогенізації. Подання про досліджених композиціях як про системи, в яких є вільний і іммобілізований ПЕ, що володіє різної молекулярної рухливістю при переробці, призводить до необхідності дослідження структури поверхневого шару композицій.

Методом МНПВО було встановлено, що у композиції К-1, отриманої за способом I, співвідношення СПЕ / с П з = 3,35 (23 вагу.% ПС і 77 вагу.% ПЕ), тобто практично таке ж, як і в обсязі композиції.

Для композиції, отриманої за способом II, співвідношення з П е / з П з = 4,4 (19 вагу.% ПС і 81 вагу.% ПЕ). Отримані дані показують, що при способі переробки II відбувається значне розшарування композиції. При цьому в поверхневому шарі збільшується вміст ПЕ. Результати дослідження сорбційно-кінетичних властивостей представлені на рис. 4 і 5. не відразу, а через деякий період, протягом якого дифузія не відбувається і тільки потім дифузія розчинника йде за законом Фіка 2 (рис. 5). Це, мабуть, пов'язано з наявністю тонкої ПЕ-плівки на поверхні композиції К-5. Таким чином, переробка за способом II з додатковою гомогенізацією призводить до порушення однорідності розподілу ПЕ і до збільшення вмісту вільного ПЕ в композиції, що позначається на його деформаційних властивостях (рис. 1, криві 6 і 6 ").

Рис. 3. Кривые неизотермической релаксации а (1) і усадки е (2) композиції К-4. Зразок розтягнутий вздовж осі витяжки

Рис. 4. Кінетичні криві набухання m при 20 ° в етилацетаті ПЕ (1) і композицій, отриманих за способом I: К-1 (2), К-2 (3), К-3 (4), К-4 (5) і способу II К-5 (6)

Рис. 5. Залежність M t / Ma, від часу набухання в етилацетаті композицій, отриманих за способом I: К-1 (1), К-2 (2), К-3 (3), К-4 {4) і способу II К-5 (5)

Очевидно, в досліджуваних композиціях просторово зшитий ПС є наповнювачем, що підвищує жорсткість системи. Ефект посилення обумовлений жорсткістю і міцністю ПС зшитого ДВБ.

Порівняння орієнтації кристалітів ПЕ в композиції К-3 та в плівці ПЕ, отриманих при однаковій Т ", показало, що плівка ПЕ изотропна, а ПЕ в композиції К-3 достатньо орієнтований, попри те, що ступінь витягання К-3 в 2,5 рази нижче. Це свідчить про збільшення в'язкості розплаву і зменшенні швидкості релаксації полімерних ланцюгів ПЕ в композиціях в порівнянні з вихідним ПЕ.

Дані дослідження структури ПЕ і композицій при деформації і отжиге підтверджують висловлене припущення. Відомо, що в процесі деформування орієнтованого ПЕ кристалічна структура зазнає ряд змін [7, 8]. Вивчення характеру орієнтації кристалітів у плівці ПЕ і в композиціях після їх деформування і відпалу показало, що при деформації до руйнування композицій К-1, К-3, так само як і в деформованій плівці ПЕ, встановлюється одноосно-орієнтована с-текстура кристалітів. Однак ступінь орієнтації кристалітів ПЕ в композиціях нижче, ніж в плівці ПЕ, так як кут дезорієнтації осі з кристалітів в композиціях близько 20 °, а в плівці ПЕ він становить 16 °.

При вільному отжиге до 90 ° в неізотермічної режимі композиції К-4 і орієнтованої при розтягуванні плівки ПЕ кут дезорієнтації кристалітів у К-4 змінюється від 13 до 15 °, а в ПЕ від 16 до 24 °, тобто дезорієнтація кристалітів в чистому ПЕ вище. Ці дані показують, що процес орієнтації при деформації і дезорієнтації при відпалі у вихідному ПЕ протікає інтенсивніше, ніж у композиціях.

ЛІТЕРАТУРА

  1. Брауде К. П., Нефедова Г. 3., Ткачук С. М.. Гребенюк 3. В., Климова 3. В., Ті това Н. А., Шаригіна І. А., Чеботарьова Р. Д. / / Іонообмінні матеріали. М., 1983. С. 13.

  2. Дехант І., Данцев Р., Кіммерії В., Шмол'ке Р. Інфрачервона спектроскопія поли меров. М., 1976. 471 с.

  3. Белламі Л. Інфрачервоні спектри складних молекул. М., 1963. 592 с.

  4. Андріанова Г. П. Физикохимия поліолефінів. М., 1974. 240 с.

  5. Габараева А. Д., Шишкін В. І. / / Високомолек. соед. А. 1973. Т. 15. № 3. С. 628.

  6. Герасимов В. І., Занегін В. Д., Смирнов В. Д., Іванов М. В. / / Високомолек. соед. А. 1979. Т. 21. № 7. С. 1615.

  7. Герасимов В. І., Занегін В. Д., Смирнов В. Д. / / Високомолек. соед. А. 1979. Т. 21. № 4. С. 765.

  8. Герасимов В. І., Смирнов В. Д., Занегін В. Д. / / Високомолек. соед. А. 1977. Т. 19. № 6. С. 1361.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Реферат
50.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Дослідження реологічних властивостей епоксидних композицій
Дослідження властивостей полімерметалліческіх комплексів на основі гідрогелю поліакриламід - акрилова
Синтез та дослідження властивостей неорганічних сполук синтезованих на основі LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7
Об рунтування застосування лікарських композицій на основі нанорозмірного кремнезему в комплексному
Об рунтовання застосування лікарських композицій на основі нанорозмірного кремнезему в комплексному
Просторово тимчасова і поляризаційна структура сигналів Характеристика тимчасової структури
Дослідження механічних якостей сталі та стальних пружин
Картографічне дослідження Убитьского фізико-географічного ландшафту
Кінетичне і термодинамічне дослідження фізико-хімічних процесів
© Усі права захищені
написати до нас