ПЕРСПЕКТИВНІ КОМПОЗИТИ XXI СТОЛІТТЯ НА ОСНОВІ ОРГАНІЧНИХ І НЕОРГАНІЧНИХ ПОЛІМЕРІВ І НОВІ МЕТАЛЕВІ СПЛАВИ, ПРІОРИТЕТНІ ТЕХНОЛОГІЇ, СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ
АНАЛІЗ ІМПУЛЬСНОГО ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО випромінювання, що виникає при навантаженні КОМПОЗИТІВ
Т.М. Чернікова, В.В. Іванов, В.І. Клімов, Е.А. Михайлова
Реалізація потенційних можливостей імпульсного електромагнітного випромінювання як засоби діагностики і кінетики руйнування композиційних матеріалів стримується відсутністю спільного підходу до вивчення зв'язку характеристик пошкоджуваності матеріалу з параметрами ЕМІ. Проте методом ЕМІ притаманні нові підходи, які полягають в безпосередній оцінці впливу дефекту на міцність контрольованого об'єкта [1,2], заснованої на тому, що якщо дефект розвивається, то він випромінює імпульс і можна визначити момент досягнення тріщиною критичного розміру, тобто фактично контролювати хід процесу.
В даний час серед різних теорій міцності матеріалів виділяється кінетична теорія руйнування, що розробляється з 50-х рр.. ленінградської науковою школою на чолі з С.М. Журковим. Відповідно до цієї теорії руйнування розглядається як незворотний процес накопичення субмікро-і мікротріщин, що виникають у результаті термофлуктуаціонних розривів міжатомних зв'язків у механічно напруженому матеріалі.
Грунтуючись на положеннях кінетики-статистичної моделі руйнування: кінетичного рівняння міцності твердих тіл С.М. Журкова, який із нього рівняння для швидкості тріщиноутворення, умови незворотності накопичення тріщин і концентраційного критерію руйнування твердих тіл [1,2], за параметрами імпульсного електромагнітного випромінювання можна визначати кінетичні константи матеріалу і проводити контроль руйнування.
Метою даної роботи є експериментальне дослідження імпульсного електромагнітного випромінювання, що виникає при руйнуванні композиційних матеріалів.
В якості об'єктів дослідження використовувалися Фенопласти, композиційні матеріали на основі фенолоформальдегідних смол. Перелік досліджених матеріалів наведено в табл.1.
Таблиця 1
Досліджені композиційні матеріали
Для проведення вимірювань зразки готувалися партіями по 10 штук пресуванням (П) і пресування способом з віяловим (ЛВ) або торцевих (ЛТ) заповненням форми. Зразки мали вигляд прямокутної призми з розмірами 10х10х15 мм 3. Зразки випробовувалися в умовах одновісного стиску при збільшенні навантаження з постійною швидкістю.
Дослідження проводилися на установці, що дозволяє в процесі всього експерименту реєструвати кількість імпульсів, амплітуду сигналів, прикладену навантаження, спостерігати форму сигналу [1].
Імпульсне електромагнітне випромінювання спостерігається у композиційних матеріалів усіх розглянутих у роботі видів практично від початку навантаження. Типові кінетичні криві накопичення числа імпульсів для фенопластов наведені на малюнку. Найпростіший якісний аналіз кінетичних кривих показує, що зразки фенопластов ведуть себе по-різному.
В одному випадку на початковому етапі навантаження відбувається повільне накопичення числа імпульсів (мікроушкоджень структури), а потім їх кількість різко зростає (мал., Е39). В іншому випадку (мал., Ж13) число сигналів ЕМІ наростає практично з постійною швидкістю аж до моменту руйнування зразка. Іноді спостерігається період повільного накопичення кількості імпульсів перед руйнуванням. Можливі випадки, коли кінетична крива накопичення імпульсів має ступінчастий характер (мал., Е10).
\ S
Кінетика накопичення імпульсів ЕМІ при стисканні фенопластов
Для розглянутих фенопластов на характер кінетичних залежностей впливає такий фактор, як технологія виготовлення. Для зразків, виготовлених пресуванням, характерно більш рівномірний протягом усього часу накопичення числа пошкоджень, у той час як для зразків, виготовлених литтям, різке зростання числа ушкоджень відбувається безпосередньо перед руйнуванням.
Виникнення імпульсу ЕМІ обумовлено зародженням тріщини, а форма сигналу визначається кінетикою її проростання.
При навантаженні зразків фенопластов спостерігаються імпульси різної амплітуди. Практично від початку навантажування і до навантажень s @ (0,35 -0,40) s р (s р - руйнівне напруження) виділяються пологі імпульси низької амплітуди (час наростання фронту імпульсу t н @ 2 мкс, час релаксації t р @ 2 мкс , амплітуда А @ 1,0 - 1,5 мВ). При навантаженнях s> (0,35 ¸ 0,40) s р з'являються гострі імпульси більшої амплітуди (t н @ 1 мкс, t р @ 1 мкс, А @ 2 мВ). Імпульси першого типу також продовжують виділятися. При цьому починає з'являтися ще й третій тип імпульсів: пологі, дуже маленької амплітуди (t н @ 1,5 мкс, t р @ 1,5 мкс, А @ 0,5 мВ). У міру збільшення навантаження збільшується і амплітуда імпульсів, але на тлі сигналів великої амплітуди в процесі всього навантаження спостерігаються і імпульси малої амплітуди.
При напрузі більше ~ 0,7 s р з'являються перші потужні імпульси ЕМІ з амплітудою до 5 - 7 мВ. На заключному етапі навантаження при s> 0,9 s р різко збільшується кількість виділяються імпульсів. Число потужних імпульсів з амплітудою сигналу ЕМІ на 1 - 2 порядки більше амплітуди основної маси сигналів і складає декілька одиниць за весь період навантаження. У зразках композиційних матеріалів такі потужні сигнали супроводжуються розвитком тріщин, при цьому порушується зв'язок між окремими частинами зразка і він руйнується. При розколі зразків сигнал має найбільшу амплітуду (10 - 70 мВ).
Амплітуда імпульсів ЕМВ, які спостерігаються в процесі експерименту, визначається потенціалом поля, створюваного диполем та / або зарядом у вершині тріщини. У даній роботі за параметрами імпульсів ЕМІ були розраховані поверхнева щільність заряду (d 0) на берегах тріщини поблизу її вершини і лінійна щільність заряду Q, що склали величину d 0 ~ 10 -4 Кл / м 2, Q ~ 10 -11 Кл / м.
На основі гіпотези генерації імпульсів електромагнітного випромінювання внаслідок руху заряджених берегів розповсюджується тріщини, можна визначити швидкість проростання тріщини v @ (1,25 ¸ 4,37) × 10 2 м / с, її розміри L @ (1,94 ¸ 5,28) 10 - 4 м , А також критичну концентрацію з * @ (0,52 ¸ 3,49) × 10 9 м -3).
Обробка результатів випробувань композиційних матеріалів за методикою, описаною в [1], дозволила отримати експериментальні значення характеристик різних композитів, наведені в табл. 2. Найбільш важливими характеристиками є енергія активації руйнування (U 0) міжатомних зв'язків; структурно-чутливий коефіцієнт (g), званий інакше коефіцієнтом перенапруги міжатомних зв'язків у найбільш слабкому ланці структури; повна робота руйнування (А); ефективна поверхнева енергія руйнування композитів (Г).
Таблиця 2
Кінетичні і енергетичні характеристики зразків фенопластов
Аналізуючи отримані результати, можна відзначити, що спостерігається деяка залежність енергетичних і кінетичних параметрів від складу фенопластов. Структурно-чутливий коефіцієнт, повна робота руйнування менше у зразків, що мають мінеральний наповнювач або мінеральний з органічним (Е10, Ж13, Е39, О20), ніж у зразків, що мають тільки органічний наповнювач (О3, Е2). Ефективна поверхнева енергія менше у зразків, що мають тільки мінеральний наповнювач (Ж13, Е39). Крім того, повна робота руйнування для зразків, виготовлених литним способом, більше, ніж для зразків, виготовлених пресуванням (крім фенопласту О3).
Той факт, що параметри імпульсів ЕМІ визначаються кінетичними характеристиками пошкодження композиційного матеріалу, робить можливим встановлення якісних і кількісних закономірностей розвитку цього процесу.
За результатами проведених досліджень можна зробити висновок, що використання імпульсного електромагнітного випромінювання при руйнуванні композиційних матеріалів дозволяє вивчати процеси, що відбуваються на мікрорівні і, використовуючи кінетичний підхід до проблеми міцності, визначати параметри цих процесів на основі даних механічних випробувань.
Література
1. Клімов В.І. Контроль руйнування і довговічності композиційних матеріалів / В. І. Клімов, Т. М. Чернікова. Кемерово: АІН, 1997. 151 с.
2. Визначення кінетичних констант і критичного розміру руйнування композиційних матеріалів на основі реєстрації імпульсного електромагнітного випромінювання при їх руйнуванні / В. В. Іванов, П. В. Єгоров, В. І. Клімов та ін / / Прикладна механіка та технічна фізика. 1994. Т.35, № 4. С. 153-159.
Н. А. Чіняева, А. Л. Носкова, Є. В. Бичкова, Л. Г. Панова
Енгельський технологічний інститут СГТУ
Органічні скла (ОС) являють собою прозорі у видимій області спектра тверді матеріали на основі полімерів акрилового ряду; полікарбонатів, полістиролу, полісульфон та ін [1]. Переваги перед силікатним склом полягають у більш низької щільності, травмобезопасності, що зумовило широке застосування ОС в різних сферах промисловості та побутовому секторі. Проте з усіх перерахованих вище полімерів тільки полікарбонат і полісульфон належать до групи самозатухаючих. Тому у зв'язку з високою воспламеняемостью і горючістю вихідної сировини і, відповідно, готової продукції знижується попит на промислово випускаються матеріали. Розроблені раніше склади для ОС зниженої горючості мають ряд істотних недоліків (многокомпонентность складу, невисокі фізико-механічні властивості та висока собівартість готових виробів), тому розробка складів ОС зниженої горючості з оптимальним рівнем фізико-механічних та оптико-хімічних властивостей є актуальним напрямком досліджень.
У даній роботі визначено можливість переходу від багатокомпонентного до бікомпонентних складу за рахунок вибору вихідної сировини, що відповідає вимогам, що пред'являються до важкоспалимих ОС: прозорості, здатності до формування просторово зшитою структури в умовах УФ-ініціруемой полімеризації, що забезпечує коксоутворення при піролізі і знижену горючість.
Як структуроутворююче компонента обраний гліціділовий ефір метилакрилату (ДМА), що містить у складі ненасичені вуглець-вуглецеві зв'язки і епоксидне кільце, що забезпечує протікання реакції полімеризації з одночасним формуванням тривимірної просторової структури. Однак ДМА властиві висока горючість і низька опірність до механічних впливів (G р = 19,8 МПа), що призвело до необхідності введення до складу композиції сповільнювачів горіння (ЗГ) і пластифікуючих добавок.
В якості такого з'єднання обраний фосфоровмісних компонент (ФОК) поліфункціональної дії, який здатний одночасно знизити горючість матеріалу за рахунок наявності в складі атомів фосфору і підвищити його еластичність.
Аналіз спектрограм заполімерізованного у присутності фотоініціатори під УФ-випромінюванням і незаполімерізованного ДМА показав значне зниження інтенсивності смуги валентних коливань подвійної вуглець-вуглецевого зв'язку при довжині хвилі 1637 см -1, що свідчить про протікання процесу радикальної полімеризації. Розрив> C = C <-зв'язку сприяє участі атома вуглецю в міжмолекулярної зшивці з утворенням тривимірної структури, що підтверджується змістом в полімерізате гель-фракції у кількості 88%.
У просторово зшитому ДМА відмічено наявність коливань зв'язку ОН-групи (3424 см -1), відсутніх у незаполімерізованного компонента. Освіта гідроксильних груп обумовлено розкриттям епоксидного циклу та міграцією атома водню від вуглецю до кисню, що підтверджується відсутністю в полімерізате ДМА піку коливань зв'язку епоксидної групи, наявного в незаполімерізованном ДМА (945 см -1).
У заполімерізованном ДМА відмічено наявність піку валентних коливань> C = О-зв'язку складноефірний групи (1720 см -1), характерною для насичених складних ефірів, у той час як для початкового ДМА, що належить до класу ненасичених складних ефірів, коливання зв'язку> C = О відбуваються при 1728 см -1.
Дослідження вихідного ФОК показало присутність у складі компонента характерних смуг валентних коливань груп-СН 3 (2959 см -1),> P = O (1315 - см -1), P-O-С-(1034 см -1), а також їх деформаційних коливань.
Наявність піку, відповідного валентним коливанням-ОН-груп (3446 см -1), свідчить про часткове окисленні молекул ФОК у присутності кисню повітря з утворенням метилольними груп. Це підтверджується проявом валентних коливань СН 2-групи (2855 см -1) і простий ефірного зв'язку-O-С-О-(1240 см -1), відсутніх у хімічному складі ФОК. Процес окислення описується наступною схемою:
Аналізом незаполімерізованного складу, що містить ДМА та ФОК, показано наявність характерних для вихідних компонентів валентних коливань зв'язків-СН 3 (2959 см -1),-СН 2 - (2855 см -1), а також піку значної глибини> С = О-зв'язку при 1718 см -1, характерного для коливань зв'язку складноефірний групи в ненасичених складних ефірах. Виявлені також коливання подвійної> C = C <-зв'язку (1636 см -1), епоксидної групи - (950см -1) і-P-O-С-(1037 см -1).
У заполімерізованном складі зростає глибина піку валентних коливань гідроксильних груп; знижується інтенсивність поглинання> C = C <-зв'язку (1640 см -1) і практично повністю зникає пік валентних коливань епоксидного кільця (950 см -1). На підставі проведеного аналізу схему взаємодії ДМА та ФОК можна представити наступною схемою:
Для прискорення процесу кополімеризації в якості каталізатора використовували фосфорну кислоту.
Варіювання вмісту компонентів у композиції показало підвищення величини гель-фракції в полімерізате зі збільшенням кількості ДМА з 30 до 70%, відповідно (див. таблицю). Спостерігається збільшення вмісту гель-фракції складів 60 ДМА: 40 ФОК, 70 ДМА: 30 ФОК понад адитивного значення, тоді як для композицій, які містять ДМА та ФОК у співвідношенні 1:1, не характерно дане явище. Відзначено збільшення гель-фракції з підвищенням кількості ФК у композиції (див. таблицю) і незначний вплив часу полімеризації на ступінь сшітості структури (див. малюнок).
АНАЛІЗ ІМПУЛЬСНОГО ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО випромінювання, що виникає при навантаженні КОМПОЗИТІВ
Т.М. Чернікова, В.В. Іванов, В.І. Клімов, Е.А. Михайлова
Кузбасский державний технічний університет, м. Кемерово
Відомо, що при руйнуванні різних матеріалів виникає імпульсне електромагнітне випромінювання (ЕМВ), що генерується утворюються тріщинами. В даний час на основі дослідження імпульсного електромагнітного випромінювання, що виникає при навантаженні, вивчається процес руйнування, який має велике значення при вирішенні задач міцності і довговічності конструкцій з композиційних матеріалів [1].Реалізація потенційних можливостей імпульсного електромагнітного випромінювання як засоби діагностики і кінетики руйнування композиційних матеріалів стримується відсутністю спільного підходу до вивчення зв'язку характеристик пошкоджуваності матеріалу з параметрами ЕМІ. Проте методом ЕМІ притаманні нові підходи, які полягають в безпосередній оцінці впливу дефекту на міцність контрольованого об'єкта [1,2], заснованої на тому, що якщо дефект розвивається, то він випромінює імпульс і можна визначити момент досягнення тріщиною критичного розміру, тобто фактично контролювати хід процесу.
В даний час серед різних теорій міцності матеріалів виділяється кінетична теорія руйнування, що розробляється з 50-х рр.. ленінградської науковою школою на чолі з С.М. Журковим. Відповідно до цієї теорії руйнування розглядається як незворотний процес накопичення субмікро-і мікротріщин, що виникають у результаті термофлуктуаціонних розривів міжатомних зв'язків у механічно напруженому матеріалі.
Грунтуючись на положеннях кінетики-статистичної моделі руйнування: кінетичного рівняння міцності твердих тіл С.М. Журкова, який із нього рівняння для швидкості тріщиноутворення, умови незворотності накопичення тріщин і концентраційного критерію руйнування твердих тіл [1,2], за параметрами імпульсного електромагнітного випромінювання можна визначати кінетичні константи матеріалу і проводити контроль руйнування.
Метою даної роботи є експериментальне дослідження імпульсного електромагнітного випромінювання, що виникає при руйнуванні композиційних матеріалів.
В якості об'єктів дослідження використовувалися Фенопласти, композиційні матеріали на основі фенолоформальдегідних смол. Перелік досліджених матеріалів наведено в табл.1.
Таблиця 1
Досліджені композиційні матеріали
| Марка матеріалу | Сполучне | Наповнювач |
| Ж-13-010-89 | Новолачная фенолоформальдегідних смола | Карбонат кальцію |
| О-20-210-75СК | Новолачная фенолоформальдегідних смола | Деревне борошно і тальк |
| Е-39-0127-48 | Новолачная фенолоформальдегідних смола | Стеклопорошок |
| Е-2-330-02 | Резольной фенолоформальдегідних смола | Деревне борошно |
| О3-010-02 | Новолачная фенолоформальдегідних смола | Деревне борошно |
| Е10-342-63 | Резольной фенолоформальдегідних смола | Плавиковий шпат і деревне борошно |
Дослідження проводилися на установці, що дозволяє в процесі всього експерименту реєструвати кількість імпульсів, амплітуду сигналів, прикладену навантаження, спостерігати форму сигналу [1].
Імпульсне електромагнітне випромінювання спостерігається у композиційних матеріалів усіх розглянутих у роботі видів практично від початку навантаження. Типові кінетичні криві накопичення числа імпульсів для фенопластов наведені на малюнку. Найпростіший якісний аналіз кінетичних кривих показує, що зразки фенопластов ведуть себе по-різному.
В одному випадку на початковому етапі навантаження відбувається повільне накопичення числа імпульсів (мікроушкоджень структури), а потім їх кількість різко зростає (мал., Е39). В іншому випадку (мал., Ж13) число сигналів ЕМІ наростає практично з постійною швидкістю аж до моменту руйнування зразка. Іноді спостерігається період повільного накопичення кількості імпульсів перед руйнуванням. Можливі випадки, коли кінетична крива накопичення імпульсів має ступінчастий характер (мал., Е10).
Кінетика накопичення імпульсів ЕМІ при стисканні фенопластов
Для розглянутих фенопластов на характер кінетичних залежностей впливає такий фактор, як технологія виготовлення. Для зразків, виготовлених пресуванням, характерно більш рівномірний протягом усього часу накопичення числа пошкоджень, у той час як для зразків, виготовлених литтям, різке зростання числа ушкоджень відбувається безпосередньо перед руйнуванням.
Виникнення імпульсу ЕМІ обумовлено зародженням тріщини, а форма сигналу визначається кінетикою її проростання.
При навантаженні зразків фенопластов спостерігаються імпульси різної амплітуди. Практично від початку навантажування і до навантажень s @ (0,35 -0,40) s р (s р - руйнівне напруження) виділяються пологі імпульси низької амплітуди (час наростання фронту імпульсу t н @ 2 мкс, час релаксації t р @ 2 мкс , амплітуда А @ 1,0 - 1,5 мВ). При навантаженнях s> (0,35 ¸ 0,40) s р з'являються гострі імпульси більшої амплітуди (t н @ 1 мкс, t р @ 1 мкс, А @ 2 мВ). Імпульси першого типу також продовжують виділятися. При цьому починає з'являтися ще й третій тип імпульсів: пологі, дуже маленької амплітуди (t н @ 1,5 мкс, t р @ 1,5 мкс, А @ 0,5 мВ). У міру збільшення навантаження збільшується і амплітуда імпульсів, але на тлі сигналів великої амплітуди в процесі всього навантаження спостерігаються і імпульси малої амплітуди.
При напрузі більше ~ 0,7 s р з'являються перші потужні імпульси ЕМІ з амплітудою до 5 - 7 мВ. На заключному етапі навантаження при s> 0,9 s р різко збільшується кількість виділяються імпульсів. Число потужних імпульсів з амплітудою сигналу ЕМІ на 1 - 2 порядки більше амплітуди основної маси сигналів і складає декілька одиниць за весь період навантаження. У зразках композиційних матеріалів такі потужні сигнали супроводжуються розвитком тріщин, при цьому порушується зв'язок між окремими частинами зразка і він руйнується. При розколі зразків сигнал має найбільшу амплітуду (10 - 70 мВ).
Амплітуда імпульсів ЕМВ, які спостерігаються в процесі експерименту, визначається потенціалом поля, створюваного диполем та / або зарядом у вершині тріщини. У даній роботі за параметрами імпульсів ЕМІ були розраховані поверхнева щільність заряду (d 0) на берегах тріщини поблизу її вершини і лінійна щільність заряду Q, що склали величину d 0 ~ 10 -4 Кл / м 2, Q ~ 10 -11 Кл / м.
На основі гіпотези генерації імпульсів електромагнітного випромінювання внаслідок руху заряджених берегів розповсюджується тріщини, можна визначити швидкість проростання тріщини v @ (1,25 ¸ 4,37) × 10 2 м / с, її розміри L @ (1,94 ¸ 5,28) 10 -
Обробка результатів випробувань композиційних матеріалів за методикою, описаною в [1], дозволила отримати експериментальні значення характеристик різних композитів, наведені в табл. 2. Найбільш важливими характеристиками є енергія активації руйнування (U 0) міжатомних зв'язків; структурно-чутливий коефіцієнт (g), званий інакше коефіцієнтом перенапруги міжатомних зв'язків у найбільш слабкому ланці структури; повна робота руйнування (А); ефективна поверхнева енергія руйнування композитів (Г).
Таблиця 2
Кінетичні і енергетичні характеристики зразків фенопластов
| Композит | Спосіб виготовлення | U 0, 10 -19, Дж | g, 10 - | А, Дж | Г, 10 5, Дж / м 2 |
| Е39 | П | 1,55 | 0,91 | 21,95 | 3,62 |
| Ж13 | П | 1,53 | 0,91 | 17,95 | 0,34 |
| О3 | П | 1,60 | 1,10 | 50,11 | 1,72 |
| Е2 | П | 1,62 | 1,38 | 24,45 | 2,69 |
| Е10 | П | 1,51 | 1,06 | 15,58 | 2,46 |
| О20 | П | 1,56 | 1,02 | 24,69 | 4,86 |
| Ж13 | П | 1,53 | 0,94 | 17,07 | 1,33 |
| Е39 | ЛВ | 1,56 | 0,86 | 28,58 | 1,41 |
| Е39 | ЛВ | 1,58 | 0,88 | 29,12 | 1,56 |
| Е39 | ЛТ | 1,61 | 0,84 | 28,75 | 1,82 |
| О20 | ЛВ | 1,56 | 1,03 | 29,29 | 2,11 |
| О20 | ЛТ | 1,56 | 0,79 | 28,80 | 2,48 |
Той факт, що параметри імпульсів ЕМІ визначаються кінетичними характеристиками пошкодження композиційного матеріалу, робить можливим встановлення якісних і кількісних закономірностей розвитку цього процесу.
За результатами проведених досліджень можна зробити висновок, що використання імпульсного електромагнітного випромінювання при руйнуванні композиційних матеріалів дозволяє вивчати процеси, що відбуваються на мікрорівні і, використовуючи кінетичний підхід до проблеми міцності, визначати параметри цих процесів на основі даних механічних випробувань.
Література
1. Клімов В.І. Контроль руйнування і довговічності композиційних матеріалів / В. І. Клімов, Т. М. Чернікова. Кемерово: АІН, 1997. 151 с.
2. Визначення кінетичних констант і критичного розміру руйнування композиційних матеріалів на основі реєстрації імпульсного електромагнітного випромінювання при їх руйнуванні / В. В. Іванов, П. В. Єгоров, В. І. Клімов та ін / / Прикладна механіка та технічна фізика. 1994. Т.35, № 4. С. 153-159.
УДК 678.5
ДОСЛІДЖЕННЯ методом інфрачервоної спектроскопії Процес полімеризації та кополімеризації У полімерним складом ДЛЯ ОРГАНІЧНИХ СТЕКОЛН. А. Чіняева, А. Л. Носкова, Є. В. Бичкова, Л. Г. Панова
Енгельський технологічний інститут СГТУ
Органічні скла (ОС) являють собою прозорі у видимій області спектра тверді матеріали на основі полімерів акрилового ряду; полікарбонатів, полістиролу, полісульфон та ін [1]. Переваги перед силікатним склом полягають у більш низької щільності, травмобезопасності, що зумовило широке застосування ОС в різних сферах промисловості та побутовому секторі. Проте з усіх перерахованих вище полімерів тільки полікарбонат і полісульфон належать до групи самозатухаючих. Тому у зв'язку з високою воспламеняемостью і горючістю вихідної сировини і, відповідно, готової продукції знижується попит на промислово випускаються матеріали. Розроблені раніше склади для ОС зниженої горючості мають ряд істотних недоліків (многокомпонентность складу, невисокі фізико-механічні властивості та висока собівартість готових виробів), тому розробка складів ОС зниженої горючості з оптимальним рівнем фізико-механічних та оптико-хімічних властивостей є актуальним напрямком досліджень.
У даній роботі визначено можливість переходу від багатокомпонентного до бікомпонентних складу за рахунок вибору вихідної сировини, що відповідає вимогам, що пред'являються до важкоспалимих ОС: прозорості, здатності до формування просторово зшитою структури в умовах УФ-ініціруемой полімеризації, що забезпечує коксоутворення при піролізі і знижену горючість.
Як структуроутворююче компонента обраний гліціділовий ефір метилакрилату (ДМА), що містить у складі ненасичені вуглець-вуглецеві зв'язки і епоксидне кільце, що забезпечує протікання реакції полімеризації з одночасним формуванням тривимірної просторової структури. Однак ДМА властиві висока горючість і низька опірність до механічних впливів (G р = 19,8 МПа), що призвело до необхідності введення до складу композиції сповільнювачів горіння (ЗГ) і пластифікуючих добавок.
В якості такого з'єднання обраний фосфоровмісних компонент (ФОК) поліфункціональної дії, який здатний одночасно знизити горючість матеріалу за рахунок наявності в складі атомів фосфору і підвищити його еластичність.
Аналіз спектрограм заполімерізованного у присутності фотоініціатори під УФ-випромінюванням і незаполімерізованного ДМА показав значне зниження інтенсивності смуги валентних коливань подвійної вуглець-вуглецевого зв'язку при довжині хвилі 1637 см -1, що свідчить про протікання процесу радикальної полімеризації. Розрив> C = C <-зв'язку сприяє участі атома вуглецю в міжмолекулярної зшивці з утворенням тривимірної структури, що підтверджується змістом в полімерізате гель-фракції у кількості 88%.
У просторово зшитому ДМА відмічено наявність коливань зв'язку ОН-групи (3424 см -1), відсутніх у незаполімерізованного компонента. Освіта гідроксильних груп обумовлено розкриттям епоксидного циклу та міграцією атома водню від вуглецю до кисню, що підтверджується відсутністю в полімерізате ДМА піку коливань зв'язку епоксидної групи, наявного в незаполімерізованном ДМА (945 см -1).
У заполімерізованном ДМА відмічено наявність піку валентних коливань> C = О-зв'язку складноефірний групи (1720 см -1), характерною для насичених складних ефірів, у той час як для початкового ДМА, що належить до класу ненасичених складних ефірів, коливання зв'язку> C = О відбуваються при 1728 см -1.
Дослідження вихідного ФОК показало присутність у складі компонента характерних смуг валентних коливань груп-СН 3 (2959 см -1),> P = O (1315 - см -1), P-O-С-(1034 см -1), а також їх деформаційних коливань.
Наявність піку, відповідного валентним коливанням-ОН-груп (3446 см -1), свідчить про часткове окисленні молекул ФОК у присутності кисню повітря з утворенням метилольними груп. Це підтверджується проявом валентних коливань СН 2-групи (2855 см -1) і простий ефірного зв'язку-O-С-О-(1240 см -1), відсутніх у хімічному складі ФОК. Процес окислення описується наступною схемою:
У заполімерізованном складі зростає глибина піку валентних коливань гідроксильних груп; знижується інтенсивність поглинання> C = C <-зв'язку (1640 см -1) і практично повністю зникає пік валентних коливань епоксидного кільця (950 см -1). На підставі проведеного аналізу схему взаємодії ДМА та ФОК можна представити наступною схемою:
Для прискорення процесу кополімеризації в якості каталізатора використовували фосфорну кислоту.
Варіювання вмісту компонентів у композиції показало підвищення величини гель-фракції в полімерізате зі збільшенням кількості ДМА з 30 до 70%, відповідно (див. таблицю). Спостерігається збільшення вмісту гель-фракції складів 60 ДМА: 40 ФОК, 70 ДМА: 30 ФОК понад адитивного значення, тоді як для композицій, які містять ДМА та ФОК у співвідношенні 1:1, не характерно дане явище. Відзначено збільшення гель-фракції з підвищенням кількості ФК у композиції (див. таблицю) і незначний вплив часу полімеризації на ступінь сшітості структури (див. малюнок).
Залежність змісту гель-фракції в композиції ОС від кількості фосфорної кислоти
Графік залежності вмісту гель-фракції в полімерізате від часу
УФ-впливу: 1 - 70 ДМА: 30 ФОК + 5ФК; 2 - 50 ДМА: 50 ФОК + 5ФК
Література
1. Енциклопедія полімерів. М.: Радянська енциклопедія, 1977. Т.2. 1032 с.
В.Д. Чистякова, В. І. Гольцман, А.Д. Панюк, Р. Ф. Кордічева, Н.І. Морєва, Л.Ф. Огольцова, Н.А. Сидорова, А.І. Брущенкова, Л.В. Синельщикова, В.А. Сабліна, Н.П. Самойленко
ВАТ «Лианозовский електромеханічний завод», м. Москва
Однією з актуальних проблем людства третього тисячоліття є раціональне використання природних ресурсів, впровадження ресурсозберігаючих технологій і матеріалів, збереження і раціональне використання лісового масиву.
Розробка процесу декорування пластмас під дерево відповідає цим напрямкам.
Технологічний процес виготовлення виробів методом лиття під тиском з поверхнею, що імітує цінні породи дерева, складається з ряду технологічних операцій. Процес декорування полімерного матеріалу базується на його подвспеніваніі. Унікальні властивості пінопластів, велика різноманітність способів їх переробки зумовили швидке зростання їх виробництва в усіх промислово розвинених країнах.
Крім відомих і випускаються в значних масштабах пеноматеріалов на основі поліуретану, полістиролу, полівінілхлориду, велике значення в останні роки набули пінопласти на базі поліолефінів, фенольних, карбамідних, епоксидних смол і ін
Прагнення зменшити матеріалоємність при виготовленні різних виробів з монолітних полімерних матеріалів, а також дефіцит цінних порід деревини сприяли розвитку науково-дослідних робіт і розробці технології одержання частково спінених матеріалів і виробів.
Пінопласти, що групуються під такою назвою, виробляють різними методами і з різних полімерних матеріалів. Основна схожість їх полягає в тому, що всі вони представляють собою пінопласти, що мають пористу серцевину і монолітну кірку на поверхні, щільність якої приблизно така ж, як і в основного монолітного матеріалу.
Незначна зміна фізико-механічних властивостей частково спінених матеріалів у порівнянні з монолітними дозволяє особливо ефективно використовувати їх для великогабаритних виробів зі значною товщиною стінки.
Наявність комірчастої структури в ряді випадків, поряд зі зменшенням вартості, дозволяє значно поліпшити якість виробів.
Виробництво частково спінених матеріалів отримало у всьому світі досить широкого розвитку.
В основі отримання пінопластів лежать як фізичні, так і хімічні методи спінювання. У залежності від складу полімерної композиції і методів спінювання можна отримати пінопласт з великим інтервалом уявної щільності і, отже, з широким діапазоном властивостей. При хімічному методі спінювання в якості порофоров можуть застосовуватися неорганічні і органічні сполуки. Проте з великого числа порофоров для спінювання термопластів придатними є тільки деякі з них.
Найбільш поширеним є азодікарбонамід, відомий під торговою назвою «Дженітрон» АС (Англія, США), «Целоген АЦ» (Німеччина) або «Порофор ЧХЗ-21» (Росія). Азодікарбонамід володіє високим газовим числом, нетоксичність, інертністю продуктів розпаду, відносно низькою вартістю. Крім того, легко вдається регулювати температурний інтервал розкладання азодікарбонаміда шляхом застосування спеціальних добавок прискорювачів (так званих активаторів розкладання), що визначає універсальність цього газообразователя. Найбільш відповідними активаторами розкладання є окис і стеарат цинку. Було встановлено, що суміш окису цинку зі стеаратом цинку володіє синергическим ефектом і дозволяє знизити температуру розкладання азодікарбонаміда від 200-210 ° С до 160-170 ° С. Тепловий ефект розкладання порофора становить 375 ± 20 кал / г, а енергія активації дорівнює 50-60 ккал / моль. Застосування зазначених активаторів розкладання дає можливість знизити енергію активації розкладання до 25-30 ккал / моль.
Велике значення для отримання спінених термопластів, особливо для лиття під тиском і екструзії, має спосіб приготування композиції, яка містить газоутворювач. Відомі різні способи приготування піноутворюючий композицій на основі термопластичних полімерів.
Одним із способів приготування піноутворюючий композицій є опудривание в змішувачі гранул полімеру тонкодисперсні порошки газообразователя. Для кращої адгезії порофора до гранулам термопласту в композицію додається невелика кількість змочувача (трансформаторного масла або рідкого пластифікатора).
Інший спосіб грунтується на застосуванні пленкообразователя для утримання порофора на поверхні гранул полімеру. В якості плівкоутворювачів можуть служити розчини низькомолекулярного поліетилену, поліізобутилену, полістиролу та ін За цим способом в змішувач закритого типу завантажують гранули полімеру, розчин пленкообразователя і порофор. Після переважування композицію вивантажують на листи і сушать до повного видалення розчинника.
Наступний спосіб полягає в перемішуванні порошкоподібного полімеру з порофором і наступним таблетування суміші.
Зазначені способи, незважаючи на їх простоту, мають суттєві недоліки, головним з яких є неможливість тривалого зберігання і транспортування композиції через здатність порофора поглинати вологу.
Спосіб, позбавлений зазначеного недоліку, заснований на введенні порофора в полімер, що знаходиться в вязкотекучем стані, з наступним гранулюванням композиції.
Процес декорування ударостійкого полістиролу під цінні породи дерева, під поліроване і лаковане дерево, розробка атмосферостійкого, декорованого під дерево полістиролу, процес вивчення, пошуку, дослідження та впровадження - це велика, трудомістка робота. Проведено дослідження з розробки широкої гами за кольором, відтінкам, зовнішнім виглядом шляхом фізико-хімічного модифікування полімерних композицій, включаючи використання вторинних зворотних відходів ударостійкого полістиролу. У результаті проведених досліджень розроблено більше 20 рецептур композиційних матеріалів, досліджено їх властивості, проведені технологічні та експлуатаційні випробування, розроблена технологія виготовлення виробів методом лиття під тиском таким чином, щоб максимально імітувати текстуру дерева.
Процес декорування ударостійкого полістиролу відбувається у певній послідовності. На технічних терезах зважується ударостійкий полістирол, порообразователь. Потім основний полімер (УППС) завантажують у змішувач барабанного типу, додають пластифікатор і попередньо перемішують протягом 15-20 хв. Після перемішування в змішувач засипають порофор і продовжують перемішування протягом однієї години. Барвник або суперконцентрати барвника додають в кількості, встановленому експериментально, в залежності від кольору вихідних матеріалів. Для одержання оптимальної кольорової гами, що імітує цінні породи дерева, можна використовувати колірну гаму полістиролів світлого тону (слонової кістки тощо) і коричневого УППС.
Лиття під тиском подвспененних композицій здійснюють на термопластавтоматах з шнекової пластифікації.
Важливими умовами, що впливають на технологічний процес переробки, є температура в матеріальному циліндрі, кількість і час уприскування, температура прес-форми, тиск упорскування. Температура розплаву до уприскування у форму повинна бути достатньо високою для повного розкладання спінює агента (діазодікарбонаміда).
Гази, які утворюються при розкладанні порофора, розподіляються в розплаві полімеру. У разі спінювання розплаву в матеріальному циліндрі утворюються осередки можуть бути зруйновані тиском уприскування, крім того, порушується процес дозування, що призводить до отримання неякісних виробів. Для зменшення втрати газів, що виділяються при розкладанні спінює агента в циліндрі машини, необхідні порівняно короткі періоди перебування полімеру в матеріальному циліндрі. Заповнення обсягу прес-форми відбувається протягом короткого проміжку часу.
При повільному заповненні прес-форми розплавом полімеру, що містить розчинені гази, відбувається охолодження матеріалу за рахунок контакту з нею, в результаті чого важко його рух. При швидкому заповненні прес-форми можна отримати більш м'які вироби.
Враховуючи властивості пінополістиролу (активні реологічні властивості - високу плинність), переробка обов'язкова на термопластавтоматах з самозапірающімся соплом, яке перешкоджає мимовільному витікання розплаву полімеру і газів, що утворюються при розкладанні порофора з матеріального циліндра.
Лиття під тиском пінополістиролу здійснюється при тих же режимах, що і лиття ударостійкого полістиролу. Витяг під тиском встановлюється експериментально. Тиск уприскування менше, ніж при литті УППС, швидкість уприскування максимальна.
При проектуванні деталей для текстурованих матеріалів одним з найважливіших факторів є товщина деталі, яка повинна бути не менш 4 мм . Найбільш позитивні результати імітації «під дерево» на виробах, поверхні яких надана та чи інша фактура (ребра, рифлення, насічки тощо).
Для виробів різної конфігурації поверхневе розтікання, що імітує деревину, залежить головним чином від розташування литника. Повна імітація структури дерева досягається в тому випадку, коли литниковая система розташована на одній стороні виробу, при цьому можуть бути використані літники різних видів: точкові, прямі і плівкові. При розрахунку перерізу літників має дотримуватися ставлення 1:4 (від товщини деталі).
Найкращі результати імітації деревини виходять при литті в одногнездовие форми. З метою найменших втрат тиску при литті, а також для отримання більшої рівномірності по щільності і кольору максимальну кількість гнізд може бути не більше 2-3. Лінійна усадка виробів з декорованого УППС становить 0,3-0,5%.
Розроблений і впроваджений процес декорування ударостійкого полістиролу дав можливість отримати текстуру, що імітує різні породи дерева, що дозволило виключити поставку дерев'яних каркасів для виробів радіоапаратури, без використання додаткових виробничих площ, обладнання, капітальних вкладень.
Проблема декорування УППС під дерево актуальна і для багатьох країн світу. Технічна документація (СТП, КД та ін) передана в різні галузі промисловості нашої країни, Казахстану, Україні, що сприяло зниженню споживання деревини та інших природних багатств Землі.
УДК 661.728.82:676.017
Фізико-механічні характеристики ацетатцелюлозних МАТЕРІАЛІВ, МОДИФІКОВАНИХ ПАРАМИ МЕЗОФАЗОГЕННИХ РОЗЧИННИКИ
А. Б. Шиповський, Г. Н. Тимофєєва *
Саратовський державний університет ім. Н.Г. Чернишевського
* Науково-дослідний інститут природних наук
Саратовського державного університету
Відомо, що з рідкокристалічних (РК) розчинів ацетатів целюлози отримують плівки і волокна з високоорієнтованих структурою і, відповідно, з високими фізико-механічними характеристиками. Однак, анізотропне стан реалізується при великих концентраціях (> 25%) полімеру. Приготування і переробка розчинів такої концентрації пов'язані з технологічними труднощами із-за високої в'язкості мезоморфних систем. У зв'язку з цим особливої актуальності набуває розробка інших способів реалізації РК-стану, що дозволяють створювати високоупорядоченную полімерну матрицю.
Раніше нами було встановлено, що одним з ефективних способів реалізації орієнтованого стану в ацетат целюлози є вплив на структуру полімеру парами мезофазогенних розчинників, тобто тих, в яких похідні целюлози утворюють ліотропний РК-фазу. Під впливом парів такого роду розчинників відбуваються структурні зміни в полімерній системі, що супроводжуються орієнтаційних явищ. Наприклад, спостерігається мимовільне подовження ацетатних ниток, трактуються Flory як перехід системи полімер-розчинник в ЖК-фазу. У ацетатних плівках реалізується стійка в часі наведена оптична анізотропія, знижуються кути разоріентаціі і т.д. Виявилося, що характер впливу парів специфічних розчинників, на структуру конденсованого (плівка, нитка) і порошкоподібного полімеру - ідентичний: процес сорбції не підкоряється закону Фіка і характеризується аномальними кривими набухання, на дифрактограмах збільшується інтенсивність рефлексів і т.д.
У цьому повідомленні представлені результати дослідження фізико-механічних характеристик ацетатцелюлозних волокон, модифікованих парами мезофазогенних розчинників, а також ацетатцелюлозних матеріалів, отриманих з модифікованого в тих же умовах порошкоподібного полімеру.
Об'єктами дослідження служили промислові три-і діацетатние волокна лінійної щільності 11 текс і сформованні в лабораторних умовах плівки та нитки з промислових, порошкоподібних зразків три-(ТАЦ) і діацетату целюлози (Даць). Парову модифікацію полімеру здійснювали в умовах кімнатних температур в герметично закритому посуді, частково заповненим розчинником. Як сорбату використовували такі мезофазогенние розчинники: трифторуксусной кислоту (ТФУК), нітрометан (НМ) і етиловий спирт (ЕС). Плівки отримували в стандартних умовах методом поливу на дзеркальну скляну поверхню. Характеристики міцності вимірювали на розривної машині 2148Р-5 і оцінювали за величинами межі міцності s (МПа) і відносного подовження при розриві l (%) згідно з ГОСТ 17316-71. Диференційно-термічний аналіз проводили на мікрокалориметри ДСК-Д. Рентгенограми отримані на дифрактометрі ДРОН-3 з випромінюванням Fe-K a в діапазоні кутів 2Θ = 5-30 °.
З рис.1 представлено зміна міцності три-і діацетатних волокон, модифікованих в парах ЕС та НМ, від часу обробки полімеру в парах модифікатора. На рис.2 - зміна міцності і еластичності плівок, отриманих з активованого в парах ТФУК порошкоподібного ТАЦ, від кількості сорбованих полімером парів.
З рис.1 і 2 видно, що фізико-механічні характеристики модифікованих зразків значно вище контрольних. Аналогічна картина спостерігається для ниток і плівок, отриманих в лабораторних умовах із Даць, модифікованого в парах ТФУК та НМ. Максимальні фізико-механічні характеристики матеріалів досягаються при короткочасній обробці полімеру парами мезофазогенних розчинників, тобто при поглинанні малих кількостей парів (не більше 3 - 5 мас.%). Крім того, парова обробка готових виробів, наприклад волокон парами ЕС, супроводжується значним зниженням коефіцієнтів варіації за розривному подовженню і міцності.
Ориентирующее вплив парів модифікаторів (мезофазогенов) підтверджують і прямі структурні методи. Наприклад, для плівок з ТАЦ, сорбованих пари ТФУК, висота піку в області кутів 2Θ = 20 - 21 ° і його площа зростають, а при 10 - 11 ° - знижуються (рис.3). При цьому загальна площа піків в модифікованих зразках знижується в порівнянні з контролем. Це є додатковим підтвердженням пройшли в полімерній матриці орієнтаційних процесів. Модифіковані зразки мають і більш високу температуру термічного розкладання.
Таким чином, модифікація ацетатів целюлози парами розчинників, які є мезофазогеннимі для похідних целюлозного ряду, створює можливості для направленого формування високоупорядоченной структури полімеру. Особливо важливо, що найбільш істотний вплив роблять малі дози поглинених парів сорбату. Зміни в структурній організації полімерної матриці зумовлюють комплекс досягаються фізико-механічних та структурно-морфологічних-ристик, що дозволяє отримувати на основі модифікованого ацетату целюлози матеріали з регульованою структурою і, відповідно, з заданими властивостями.
Робота виконана за фінансової підтримки Російського фонду фундаментальних досліджень (проект № 03-03-33049а).
| Склад,% мас Кількість H 3 PO 4,% мас | Зміст гель-фракції у складах,% мас | ||
| 50 ДМА: 50 ФОК | 60 ДМА: 40 ФОК | 70 ДМА: 30 ФОК | |
| 2 | 43 | 48 | 79 |
| 3 | 45 | 76 | 79 |
| 4 | 47 | 81 | 80 |
| 5 | 50 | 82 | 82 |
| 6 | 51 | 82 | 86 |
| 7 | 51 | 83 | 87 |
| 8 | 53 | 84 | 89 |
|
|
Графік залежності вмісту гель-фракції в полімерізате від часу
УФ-впливу: 1 - 70 ДМА: 30 ФОК + 5ФК; 2 - 50 ДМА: 50 ФОК + 5ФК
Література
1. Енциклопедія полімерів. М.: Радянська енциклопедія, 1977. Т.2. 1032 с.
УДК 678.5
ПЛАСТМАСИ - КОНКУРЕНТИ ЦІННИХ ПОРІД ДЕРЕВАВ.Д. Чистякова, В. І. Гольцман, А.Д. Панюк, Р. Ф. Кордічева, Н.І. Морєва, Л.Ф. Огольцова, Н.А. Сидорова, А.І. Брущенкова, Л.В. Синельщикова, В.А. Сабліна, Н.П. Самойленко
ВАТ «Лианозовский електромеханічний завод», м. Москва
Однією з актуальних проблем людства третього тисячоліття є раціональне використання природних ресурсів, впровадження ресурсозберігаючих технологій і матеріалів, збереження і раціональне використання лісового масиву.
Розробка процесу декорування пластмас під дерево відповідає цим напрямкам.
Технологічний процес виготовлення виробів методом лиття під тиском з поверхнею, що імітує цінні породи дерева, складається з ряду технологічних операцій. Процес декорування полімерного матеріалу базується на його подвспеніваніі. Унікальні властивості пінопластів, велика різноманітність способів їх переробки зумовили швидке зростання їх виробництва в усіх промислово розвинених країнах.
Крім відомих і випускаються в значних масштабах пеноматеріалов на основі поліуретану, полістиролу, полівінілхлориду, велике значення в останні роки набули пінопласти на базі поліолефінів, фенольних, карбамідних, епоксидних смол і ін
Прагнення зменшити матеріалоємність при виготовленні різних виробів з монолітних полімерних матеріалів, а також дефіцит цінних порід деревини сприяли розвитку науково-дослідних робіт і розробці технології одержання частково спінених матеріалів і виробів.
Пінопласти, що групуються під такою назвою, виробляють різними методами і з різних полімерних матеріалів. Основна схожість їх полягає в тому, що всі вони представляють собою пінопласти, що мають пористу серцевину і монолітну кірку на поверхні, щільність якої приблизно така ж, як і в основного монолітного матеріалу.
Незначна зміна фізико-механічних властивостей частково спінених матеріалів у порівнянні з монолітними дозволяє особливо ефективно використовувати їх для великогабаритних виробів зі значною товщиною стінки.
Наявність комірчастої структури в ряді випадків, поряд зі зменшенням вартості, дозволяє значно поліпшити якість виробів.
Виробництво частково спінених матеріалів отримало у всьому світі досить широкого розвитку.
В основі отримання пінопластів лежать як фізичні, так і хімічні методи спінювання. У залежності від складу полімерної композиції і методів спінювання можна отримати пінопласт з великим інтервалом уявної щільності і, отже, з широким діапазоном властивостей. При хімічному методі спінювання в якості порофоров можуть застосовуватися неорганічні і органічні сполуки. Проте з великого числа порофоров для спінювання термопластів придатними є тільки деякі з них.
Найбільш поширеним є азодікарбонамід, відомий під торговою назвою «Дженітрон» АС (Англія, США), «Целоген АЦ» (Німеччина) або «Порофор ЧХЗ-21» (Росія). Азодікарбонамід володіє високим газовим числом, нетоксичність, інертністю продуктів розпаду, відносно низькою вартістю. Крім того, легко вдається регулювати температурний інтервал розкладання азодікарбонаміда шляхом застосування спеціальних добавок прискорювачів (так званих активаторів розкладання), що визначає універсальність цього газообразователя. Найбільш відповідними активаторами розкладання є окис і стеарат цинку. Було встановлено, що суміш окису цинку зі стеаратом цинку володіє синергическим ефектом і дозволяє знизити температуру розкладання азодікарбонаміда від 200-210 ° С до 160-170 ° С. Тепловий ефект розкладання порофора становить 375 ± 20 кал / г, а енергія активації дорівнює 50-60 ккал / моль. Застосування зазначених активаторів розкладання дає можливість знизити енергію активації розкладання до 25-30 ккал / моль.
Велике значення для отримання спінених термопластів, особливо для лиття під тиском і екструзії, має спосіб приготування композиції, яка містить газоутворювач. Відомі різні способи приготування піноутворюючий композицій на основі термопластичних полімерів.
Одним із способів приготування піноутворюючий композицій є опудривание в змішувачі гранул полімеру тонкодисперсні порошки газообразователя. Для кращої адгезії порофора до гранулам термопласту в композицію додається невелика кількість змочувача (трансформаторного масла або рідкого пластифікатора).
Інший спосіб грунтується на застосуванні пленкообразователя для утримання порофора на поверхні гранул полімеру. В якості плівкоутворювачів можуть служити розчини низькомолекулярного поліетилену, поліізобутилену, полістиролу та ін За цим способом в змішувач закритого типу завантажують гранули полімеру, розчин пленкообразователя і порофор. Після переважування композицію вивантажують на листи і сушать до повного видалення розчинника.
Наступний спосіб полягає в перемішуванні порошкоподібного полімеру з порофором і наступним таблетування суміші.
Зазначені способи, незважаючи на їх простоту, мають суттєві недоліки, головним з яких є неможливість тривалого зберігання і транспортування композиції через здатність порофора поглинати вологу.
Спосіб, позбавлений зазначеного недоліку, заснований на введенні порофора в полімер, що знаходиться в вязкотекучем стані, з наступним гранулюванням композиції.
Процес декорування ударостійкого полістиролу під цінні породи дерева, під поліроване і лаковане дерево, розробка атмосферостійкого, декорованого під дерево полістиролу, процес вивчення, пошуку, дослідження та впровадження - це велика, трудомістка робота. Проведено дослідження з розробки широкої гами за кольором, відтінкам, зовнішнім виглядом шляхом фізико-хімічного модифікування полімерних композицій, включаючи використання вторинних зворотних відходів ударостійкого полістиролу. У результаті проведених досліджень розроблено більше 20 рецептур композиційних матеріалів, досліджено їх властивості, проведені технологічні та експлуатаційні випробування, розроблена технологія виготовлення виробів методом лиття під тиском таким чином, щоб максимально імітувати текстуру дерева.
Процес декорування ударостійкого полістиролу відбувається у певній послідовності. На технічних терезах зважується ударостійкий полістирол, порообразователь. Потім основний полімер (УППС) завантажують у змішувач барабанного типу, додають пластифікатор і попередньо перемішують протягом 15-20 хв. Після перемішування в змішувач засипають порофор і продовжують перемішування протягом однієї години. Барвник або суперконцентрати барвника додають в кількості, встановленому експериментально, в залежності від кольору вихідних матеріалів. Для одержання оптимальної кольорової гами, що імітує цінні породи дерева, можна використовувати колірну гаму полістиролів світлого тону (слонової кістки тощо) і коричневого УППС.
Лиття під тиском подвспененних композицій здійснюють на термопластавтоматах з шнекової пластифікації.
Важливими умовами, що впливають на технологічний процес переробки, є температура в матеріальному циліндрі, кількість і час уприскування, температура прес-форми, тиск упорскування. Температура розплаву до уприскування у форму повинна бути достатньо високою для повного розкладання спінює агента (діазодікарбонаміда).
Гази, які утворюються при розкладанні порофора, розподіляються в розплаві полімеру. У разі спінювання розплаву в матеріальному циліндрі утворюються осередки можуть бути зруйновані тиском уприскування, крім того, порушується процес дозування, що призводить до отримання неякісних виробів. Для зменшення втрати газів, що виділяються при розкладанні спінює агента в циліндрі машини, необхідні порівняно короткі періоди перебування полімеру в матеріальному циліндрі. Заповнення обсягу прес-форми відбувається протягом короткого проміжку часу.
При повільному заповненні прес-форми розплавом полімеру, що містить розчинені гази, відбувається охолодження матеріалу за рахунок контакту з нею, в результаті чого важко його рух. При швидкому заповненні прес-форми можна отримати більш м'які вироби.
Враховуючи властивості пінополістиролу (активні реологічні властивості - високу плинність), переробка обов'язкова на термопластавтоматах з самозапірающімся соплом, яке перешкоджає мимовільному витікання розплаву полімеру і газів, що утворюються при розкладанні порофора з матеріального циліндра.
Лиття під тиском пінополістиролу здійснюється при тих же режимах, що і лиття ударостійкого полістиролу. Витяг під тиском встановлюється експериментально. Тиск уприскування менше, ніж при литті УППС, швидкість уприскування максимальна.
При проектуванні деталей для текстурованих матеріалів одним з найважливіших факторів є товщина деталі, яка повинна бути не менш
Для виробів різної конфігурації поверхневе розтікання, що імітує деревину, залежить головним чином від розташування литника. Повна імітація структури дерева досягається в тому випадку, коли литниковая система розташована на одній стороні виробу, при цьому можуть бути використані літники різних видів: точкові, прямі і плівкові. При розрахунку перерізу літників має дотримуватися ставлення 1:4 (від товщини деталі).
Найкращі результати імітації деревини виходять при литті в одногнездовие форми. З метою найменших втрат тиску при литті, а також для отримання більшої рівномірності по щільності і кольору максимальну кількість гнізд може бути не більше 2-3. Лінійна усадка виробів з декорованого УППС становить 0,3-0,5%.
Розроблений і впроваджений процес декорування ударостійкого полістиролу дав можливість отримати текстуру, що імітує різні породи дерева, що дозволило виключити поставку дерев'яних каркасів для виробів радіоапаратури, без використання додаткових виробничих площ, обладнання, капітальних вкладень.
Проблема декорування УППС під дерево актуальна і для багатьох країн світу. Технічна документація (СТП, КД та ін) передана в різні галузі промисловості нашої країни, Казахстану, Україні, що сприяло зниженню споживання деревини та інших природних багатств Землі.
УДК 661.728.82:676.017
Фізико-механічні характеристики ацетатцелюлозних МАТЕРІАЛІВ, МОДИФІКОВАНИХ ПАРАМИ МЕЗОФАЗОГЕННИХ РОЗЧИННИКИ
А. Б. Шиповський, Г. Н. Тимофєєва *
Саратовський державний університет ім. Н.Г. Чернишевського
* Науково-дослідний інститут природних наук
Саратовського державного університету
Відомо, що з рідкокристалічних (РК) розчинів ацетатів целюлози отримують плівки і волокна з високоорієнтованих структурою і, відповідно, з високими фізико-механічними характеристиками. Однак, анізотропне стан реалізується при великих концентраціях (> 25%) полімеру. Приготування і переробка розчинів такої концентрації пов'язані з технологічними труднощами із-за високої в'язкості мезоморфних систем. У зв'язку з цим особливої актуальності набуває розробка інших способів реалізації РК-стану, що дозволяють створювати високоупорядоченную полімерну матрицю.
Раніше нами було встановлено, що одним з ефективних способів реалізації орієнтованого стану в ацетат целюлози є вплив на структуру полімеру парами мезофазогенних розчинників, тобто тих, в яких похідні целюлози утворюють ліотропний РК-фазу. Під впливом парів такого роду розчинників відбуваються структурні зміни в полімерній системі, що супроводжуються орієнтаційних явищ. Наприклад, спостерігається мимовільне подовження ацетатних ниток, трактуються Flory як перехід системи полімер-розчинник в ЖК-фазу. У ацетатних плівках реалізується стійка в часі наведена оптична анізотропія, знижуються кути разоріентаціі і т.д. Виявилося, що характер впливу парів специфічних розчинників, на структуру конденсованого (плівка, нитка) і порошкоподібного полімеру - ідентичний: процес сорбції не підкоряється закону Фіка і характеризується аномальними кривими набухання, на дифрактограмах збільшується інтенсивність рефлексів і т.д.
У цьому повідомленні представлені результати дослідження фізико-механічних характеристик ацетатцелюлозних волокон, модифікованих парами мезофазогенних розчинників, а також ацетатцелюлозних матеріалів, отриманих з модифікованого в тих же умовах порошкоподібного полімеру.
Об'єктами дослідження служили промислові три-і діацетатние волокна лінійної щільності 11 текс і сформованні в лабораторних умовах плівки та нитки з промислових, порошкоподібних зразків три-(ТАЦ) і діацетату целюлози (Даць). Парову модифікацію полімеру здійснювали в умовах кімнатних температур в герметично закритому посуді, частково заповненим розчинником. Як сорбату використовували такі мезофазогенние розчинники: трифторуксусной кислоту (ТФУК), нітрометан (НМ) і етиловий спирт (ЕС). Плівки отримували в стандартних умовах методом поливу на дзеркальну скляну поверхню. Характеристики міцності вимірювали на розривної машині 2148Р-5 і оцінювали за величинами межі міцності s (МПа) і відносного подовження при розриві l (%) згідно з ГОСТ 17316-71. Диференційно-термічний аналіз проводили на мікрокалориметри ДСК-Д. Рентгенограми отримані на дифрактометрі ДРОН-3 з випромінюванням Fe-K a в діапазоні кутів 2Θ = 5-30 °.
З рис.1 представлено зміна міцності три-і діацетатних волокон, модифікованих в парах ЕС та НМ, від часу обробки полімеру в парах модифікатора. На рис.2 - зміна міцності і еластичності плівок, отриманих з активованого в парах ТФУК порошкоподібного ТАЦ, від кількості сорбованих полімером парів.
| Рис.1. Залежність розривної міцності триацетат волокон від часу обробки в парах етилового спирту (1) і діацетатних волокон від часу обробки в парах нітрометан (2) |
| Рис.2. Залежність: границі міцності (1) і відносного подовження при розриві (2) плівок ТАЦ від ступеня сорбції полімером парів ТФУК |
Ориентирующее вплив парів модифікаторів (мезофазогенов) підтверджують і прямі структурні методи. Наприклад, для плівок з ТАЦ, сорбованих пари ТФУК, висота піку в області кутів 2Θ = 20 - 21 ° і його площа зростають, а при 10 - 11 ° - знижуються (рис.3). При цьому загальна площа піків в модифікованих зразках знижується в порівнянні з контролем. Це є додатковим підтвердженням пройшли в полімерній матриці орієнтаційних процесів. Модифіковані зразки мають і більш високу температуру термічного розкладання.
Таким чином, модифікація ацетатів целюлози парами розчинників, які є мезофазогеннимі для похідних целюлозного ряду, створює можливості для направленого формування високоупорядоченной структури полімеру. Особливо важливо, що найбільш істотний вплив роблять малі дози поглинених парів сорбату. Зміни в структурній організації полімерної матриці зумовлюють комплекс досягаються фізико-механічних та структурно-морфологічних-ристик, що дозволяє отримувати на основі модифікованого ацетату целюлози матеріали з регульованою структурою і, відповідно, з заданими властивостями.
| Рис.3. Дифрактограми плівок з порошкоподібного ТАЦ: контрольна (1), з полімеру, сорбованих 1 і 3 мас.% Парів ТФУК (2, 3), відповідно |