Введение к работе
Актуальность исследования. Расширение марочного ассортимента пластмасс, эксплуатационных возможностей полимеров, достигается разработкой и выпуском композиционных материалов с улучшенными свойствами.
Введение в полимеры наполнителей различной природы и свойств позволяет более полно удовлетворять конкретные требования потребителей, так как методом наполнения можно "конструировать" полимерный материал с заданным набором эксплуатационных свойств. Благодаря наполнению можно получать легкие и тяжелые, теплопроводные и теплоизоляционные, электропроводные и электроизоляционные, фрикционные и антифрикционные, высокомодульные и высокопрочные полимерные композиционные материалы (ПКМ) различного назначения.
Введение дисперсных изотропных минеральных наполнителей (тальк, каолин, мел, слюда) в термопласты позволяет получать марки с повышенной жесткостью и твердостью, которые находят широкое применение в автомобильной промышленности, электротехнике и электронике, приборостроении, быту, медицине и т. д.
В России сложилась традиционная структура потребления полиэтилена низкой плотности (ПЭНП). Среди перерабатывающих отраслей лидирует производство тары и упаковки (25,2 %), пленки (22,5 %), товаров культурно-бытового назначения (21,2 %), труб и деталей трубопроводов (11 %), изоляции и защиты оболочек кабелей (9,2 %), изделий производственного назначения и прочих видов изделий.
В настоящий момент в России потребление ПЭНП составляет 49,5 % внутреннего рынка полимеров, при этом спрос на полиэтилен превышает предложение. Возникает необходимость увеличения мощностей производства ПЭНП или экономии его при производстве изделий общетехнического назначения. Наибольший экономический эффект оказывает использование дешевых природных минеральных наполнителей, ассортимент которых ограничен. Поиск эффективных отечественных наполнителей природного происхождения, обладающих низкой стоимостью и доступностью является актуальным. Одним из экологически безвредных и доступных наполнителей является охра, месторождения которой в достаточном количестве имеются на территории России, в том числе и в Кузбассе. Свойства охры как наполнителя для ПЭНП и характеристики ПКМ на основе ПЭНП с охрой не изучены.
Цель и задачи работы. Целью работы является создание композиций на основе ПЭНП и охры для производства конструкционных изделий общетехнического назначения, исследование технологических и эксплуатационных свойств композиционных материалов.
Для достижения цели были сформулированы следующие задачи:
исследовать свойства охры как наполнителя для ПЭНП;
изучить влияние охры на технологические свойства ПКМ на основе ПЭНП с целью определения методов переработки композиций;
изучить влияние охры на эксплуатационные свойства изделий из ПКМ на основе ПЭНП для определения области применения изделий.
Объект, предмет и методы исследования. Объектами исследования являлись: охра - природный минерал, добываемый в Кузбассе; крупнотоннажный полимер ПЭНП марки 10803-020 и композиции на их основе. Предметом исследования являлись технологические и эксплуатационные свойства исходных материалов и композиций на их основе. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы исследования.
Научная новизна. На основе проведенных экспериментальных исследований:
впервые исследованы свойства охры Гавриловского месторождения Кемеровской области как наполнителя для ПЭНП;
установлено влияние температуры и продолжительности термической обработки на содержание влаги, плотность, гранулометрический состав охры, определены температура и время предварительной термообработки охры-300 С, 30 мин.
впервые изучено влияние условий термообработки охры на ПТР, вязкость, плотность, содержание влаги и летучих веществ, структуру композиций на основе ПЭНП, установлена максимальная степень наполнения -33 % (об.), определены методы переработки в изделия композиций с различным содержанием охры - литье под давлением и экструзия;
впервые определены эксплуатационные характеристики композиций на основе ПЭНП с охрой, установлены зависимости усадки, теплостойкости, модуля упругости и относительного удлинения при растяжении, теп-лофизических характеристик, водопоглощения от содержания охры, которые позволяют отнести исследованные ПКМ к конструкционным пластмассам общетехнического назначения;
показано, что введение фталевого ангидрида в композиции на основе ПЭНП с охрой, оказывает модифицирующий эффект, проявляющийся в снижении содержания влаги и летучих веществ на 45 % и увеличении ПТР на 15 %.
Практическая значимость и реализация работы. Созданы композиции на основе ПЭНП и охры, относящиеся к конструкционным пластмассам общетехнического назначения. Разработаны технические условия на ПКМ на основе ПЭНП с охрой. Полученные в работе результаты могут быть использованы для расчетов технологических параметров процессов переработки литьем под давлением и экструзией ПКМ на основе
ПЭНП и охры в изделия. Выпущена опытная партия литьевых изделий из ПКМ на основе ПЭНП и охры на ООО «Реал-Пластик и К», г. Кемерово.
Введение в полиэтилен охры 7 % (об.) позволяет снизить стоимость изделий из ПКМ на 6,6 % при сохранении технологических и эксплуатационных свойств.
Результаты диссертации внедрены в учебный процесс в виде методических разработок, применяющихся при обучении студентов специальности «Технология переработки пластических масс и эластомеров» в Кузбасском государственном техническом университете.
Апробация работы. Основные положения и научные результаты, составляющие содержание диссертационной работы, обсуждались на научно-практических конференциях: VI Конференция «Аналитика Сибири и Дальнего Востока-2000» (г. Новосибирск, 21-24 ноября 2000 г.); XXXVIII международная научная студенческая конференция «Студент и научно-технический прогресс» (г. Новосибирск, 10—14 апреля 2000 г); региональная научно-практическая конференция «Полифункционалыше химические материалы и технологии» (г. Томск, май 2000 г.); XL международная научная студенческая конференция «Студент и научно-технический прогресс» (г. Новосибирск, апрель 2002 г); III региональная молодежная научно-практическая конференция, посвященная 70-летию химического факультета Томского государственного университета «Получение и свойства новых неорганических веществ и материалов, диагностика, технологический менеджмент» (г. Томск, 21-22 мая 2002 г.); международная научно-практическая конференция «Химия-XXI век: новые технологии, новые продукты» (г. Кемерово, 2003,2006); III Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Прикладные аспекты химической технологии полимерных материалов и наносистем (Полимер-2009)» (г. Бийск, 29—30 мая).
На защиту выносятся:
результаты исследования охры Гавриловского месторождения в качестве наполнителя ПЭНП;
технология получения ПКМ включающая термообработку охры, которая влияет на её' свойства и характер взаимодействия с полимерной матрицей;
результаты исследования технологических и эксплуатационных свойств композиций ПЭНП с охрой в зависимости от содержания в ПКМ и условий термообработки охры, наличия модификатора - фталевого ангидрида;
рецептуры композиций ПЭНП с охрой, которые относятся к конструкционным пластмассам общетехнического назначения и перерабатываются в изделия литьем под давлением и экструзией, концентратов для окраски полиэтилена низкой плотности.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 работы, опубликованные в изданиях, определённых Высшей аттестационной комиссией.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов работы, списка литературы из 121 наименования, приложения. Работа изложена на 117 страницах печатного текста.
