Введение к работе
Актуальное! ь темы
Долгое время развитие технологии создания полимерных смесей базировалось на изобретательстве, пока все резервы этого метода исследования не были исчерпаны В настоящее время отмечается резкое различие в уровнях развития промышленности и науки Накопленный экспериментальный материал позволяет производителям полимерных смесей предлагать широкий ассортимент термоэласгопластичных материалов и композиций на их основе В ю же время, не подкрепленный фундаментальными исследованиями процесс реакционного смешения не позволяв в полной мере использоваїь все потенциальные возможности полимерных смесей для сознания материалов с оптимальным комтексом значений потребительских характеристик
Современная технология характеризуется одновременным воздействием на сырье разных по своей основе процессов, иапример, механического и химического воздействия. Процесс создания полимерных смесей на основе каучуков и термопласюв при одновременном воздєйсівии на расплав полимеров механическою поля деформирования и химического процесса сшивания эластомеров называют динамической вулканизацией
Технология динамической вулканизации решает задачу использования имеющейся сырьевой базы полимеров дтя создания композиций с необычным набором потребительских харакіеристик, сочетающим в одном материале привлекательные свойства каждого компонен га
В известной мере предлаїаемая работа базируется на результатах исследований отечественных и иностранных научных школ Б А Догадкина, С И Вольфсона, А Корана и Р Патела, Э В Прута и др
Все исследователи отмечают наличие большого количества публикаций по узким конкретным задачам и, одновременно, указывают на
их проіиворечивьій характер Систематических исследований, направленных на установление основных закономерностей формирования структуры полимерных смесей и, таким образом, потребительских и технологических характеристик, явно недостаточно для разработки механизма процесса динамической вулканизации
Разработка стратегии создания полимерных смесей при одновременном воздействии на процесс сшивания эластомеров силового воздействия позволит расширить ассортимент эластомерных материалов и повысить качество изделий леї кой промышленности, что явчяется особо актуальной задачей
Цель работы
Цель работы сосюит в установлении основных закономерностей влияния механического поля деформирования на процесс сшиваиия эластомеров в расп іаве термопластов и в решении на этой основе прикладных задач в области сырья и рецептур полимерных композиций, технологических параметров процесса и оборудования, обеспечивающих прої позирование и управление значениями потребительских и технологических свойств термоэластоп час ичных композиций
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи
изучение, обобщение и критический анализ научно-технической и патентной литературы по вопросам совместимости полимеров, механизму и кинетике диспергирующего смещения полимерных смесей, моделей расче га размеров частиц дисперсной фазы,
проведение систематических исследований диспергирования полимерных композиций на основе каучуков и термопластов и разработка математической модели расчета размеров частиц дисперсной фазы,
-разработка общей методологии слежения и описания хода вулканизации эласюмеров в расплаве термопластов при наложении механического поля деформирования,
-разработка общей схемы реокинетического анализа процесса сшивания эластомеров в расплаве термопластов при постоянном воздействии силового поля,
проведение систематических экспериментальных исследований реокинегики вулканизации эластомеров в расплаве термопластов, выявление влияния деформирования на скорость реакции сшивания эластомеров,
выявление и обоснование механизма реакционного смешения, обеспечивающего формирование термолабильной микроструктуры полимерной композиции у вулканизата эластомера,
-определение структуры композиций каучук-термоплас і, пол>чечной динамической вупканизацией и, на основании эюго, обьяснение причин аномальных значений физико-механических, теплофизических и реологических свойств термотастичкых резин,
-разработка методики прогнозирования значении потребительских и технотогических свойств термопластичных резин, исходя из харакіеристик исходных компонентов, рецептур попимерных смесей, технологических параметров процесса
Основные методы исследования
Методологической основой проведенных іеорегических и экспериментальных исследований являлись как классические, так и новые научные представления о структуре полимерных смесей В диссертации использованы методология системного анализа, моделирование и математическое планирование экспериментов, теория классификации, корреляционный и регрессионный анализы, математическая статистика
Исследования выполнены с позиций как экспериментально-теоретических, так и теоретико-экспериментальных подходов, что позволило получить научные результаты, адекватно описывающие процесс создания и структуру полимерных смесей, поведение полимерных композиций в ходе эксплуатации изделии
Объекты исследования
Объектами исстсдования явились процесс создания полимерных смесей путем смешения серийных каучуков и термопластов в расппаве при наложении химической реакции сшивания эластомера и термопластичные резины, полученные методом динамической вулканизации
Научная новизна результатов проведенных исследований Научная новизна результатов исследований состоит в сгіед>ющем
впервые разработана математическая модель оценки размеров частиц дисперсной фазы в зависимости от физико-химических свойств компонентов, конструктивных характеристик смесиіельного оборудования и параметров процесса смешения, которая позволяет прогнозировать основные упруго-прочностные и деформационные свойства полимерных смесей как функцию размеров частиц дисперсной фазы,
установлен характер влияния механического поля деформирования на реакцию вулканизации эластомеров и на формирование фазовой структуры полимерных смесей на основе термопластов и каучуков,
сформулирована и экспериментально подтверждена концепция формирования трехфазной структуры смесч в ходе динамической вулканизации каучуков в расплаве термопластов, которая определяет основные технологические и потребительские иоказагепи свойств термопластичных резин, аномалии в их свойствах,
впервые установлены аналитические закономерности формирования трехфазных структур и предложены регрессионные модели, позволяющие описать деформационное поведение термопластичных резин в зависимост и от состава и соотношения компонентов,
на основе имитационного моделирования двухфазных структур получено значение содержания компонента, необходимое для формирования второй непрерывной фазы,
разработана морфологическая таблица полимерных смесей на базе каучуков и термопластов Выявлены гоаничные значения термодинамического ограничения по совместимости компонентов при создании смесей каучук-термопласт,
разработаны принципы создания новых полимерных композиций на основе смеси термопластов и каучуков, сіруктурируемьіх в поле механического деформирования,
определена связь продопжительности стадий процесса вулканизации со структурой термоппасіичньїх резин, предложена методика реокинегического анализа, позволившая выделить основные этапы и периоды процесса создания гермоптастичных резин и оценить влияние рецептурных и технотогических факторов на их про до пжител ьность,
определена роль кинетического фактора в динамической вулканизации и теооетически доказано существование нижней границы значения скорости сдвига при проведении процесса реакционного смешения,
предложена методика управления рецептурными и технологическими параметрами при создании композиций на базе термопластичных резин с оптимальным набором потребительских характеристик
Автор защищает:
научное положение о целенаправленном формировании структур термопластичных резин (1ПР) путем применения компонентов с определенным комплексом физико-химических, физико-механических и реологических показателей в процессе смешения и сшивания эластомеров в управляемом технологическом пространстве,
разработанный и получивший экспериментальное подтверждение подход к созданию рецептур ТПР, іехническим требованиям к эластомерам и термопластам, участвующим в создании
ТПР, к реіулируемьім технологическим параметрам основных этапов и к аппаратурному оформлению отдельных стадий процесса,
научное положение о характере взаимосвязи свойств ТПР со свойствами исходных компонентов и с параметрами фазовой стр>ктуры,
научное положение о возможности описания процесса формирования фазовых струкіур полимерных композиций на базе каучуков и термопчастов при одновременном действии механических и химических полей,
установленные закономерности и сформулированные обобщения
Практическая значимость работы
Результаты работы позволяют решать следующие задачи
научно обоснованно подходить к выбору полимерных пар каучук-термопласт для создания термопластичных резин,
оценивай, структуру и прогнозировать свойства двухфазных смесей как функцию объемного соотношения компонентов и размеров аі регатов частиц дисперсной фазы,
научно обоснованно регулировать диапазоны іехнологических режимов процессов диспергир> ющеі о смешения и сшивания каучука в расплаве термопласта, обеспечивая создание материалов с утучшенными потребительскими свойствами,
оценивать и прогнозировать показатели качества термопластичных резин с оптимальным набором погребительских характеристик,
Разработан и запатентован способ создания порошкообразных каучуковых композиций
Личный вклад автора
состоял в разработке методологии теоретических и экспериментальных подходов к решению заявленных задач, в постановке исследования, формулировании цели и задач научной работы, в выборе
объектов и методов исследований, непосредс і вечном участии в экспериментах, анализе и обработке полученных результатов, в написании статей и составлении заязок на изобретения, в формулировании выводов и рекомендаций
В работе нашли свое отражение в обобщенном и переработанном виде материалы кандидатских диссертаций Ибраева С С , Летеневой И Н , Мусоева СС, научным руководителем которых являлся автор Автор принимал активное участие в теоретических и экспериментальных разработках по созданию термопластичных резин и проведении их промышленных проверок
Достоверность проведенных исследований
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных в работе, подтверждается согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исстедований, выполненных с применением современных методов, широкой апробацией полученных результатов и положительной оценкой промышленных предприятий
Апробация результатов исследований
Основные положения и результаты диссертации доложены, обсуждались и получили положительную оценку на Всесоюзной научно-іехнической конференции "Совершенствование методов моделирования и конструирования обуви", Шахты, 1988 г, юбилейной 42 научной и 10 научно-методической конференции КТИЛП, Киев, 1990 г, межвузовской научно-практической конференции СПГУТД, Санкт-Петербург, 1994 г, научно-практической конференции "Перспективные материалы и изделия легкой промышленности", СПГУТД, Санкт-Петербурі, 1995 г, международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, МГУ, Москва, 1998 г, международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы науки, техники и экономики легкой промышленности", МГУДТ, Москва, 2000 і , международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие технологии и
перспективные маїериальї текстильной и легкой промышленное і и (Прогресс-2000)", Ивановская ГТА, Иваново, 2000 г международной научно-технической конференции "Новые технологии и материалы в текстильной и легкой промышленности", Бухарский ТИПЛП, Бухара, 2001 і , Всероссийской конференции "Дефекты с груктуры и прочность кристаллов", Черноготовка, 2002 г, третьей международной конференции "Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлении", ТГУ, Тамбов, 2003 г, третьей всероссийской Каріинской конференции "Полимеры-2004", МГУ, Москва, 2004 г, четвертой всероссийской Каргинской конференции "Наука о полимерах 21 веку", МГУ, Москва, 2007і
Теоретические обобщения, новые научные положения и практические рекомендации нашли свое применение в лекционных курсах и лабораторном практикуме дія бакалавров и магистров по направлению 55 39 00 "Технология, конструирование изделий и материальї іегкой промышленное ги" и при подготовке дипломированных специалистов по специальности 28 1100 "Технология изделий in кожи", используются в курсовом и дипломном проектировании
Результаты научных исследований и рекомендации вне трены на ГП "Нарбек", н" ООО "Истпласт" и на ЗАО "Коре" Общий экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет более 700 тыс руб Документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы на промышленных предприятиях, приведены в приложении к диссертации
Публикации
По теме диссертации опубликовано 59 статей, в том числе 27 в реферируемых изданиях, получены 5 патентов и авторских свидеіельств
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, основных выводов, списка использованных литературных источников и приложения Содержание работы изложено на 335 страницах, содержит 145 рисунков и 45 таблиц Список использованной литературы включает 311 наименований
