авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Изучение технологических особенностей и свойств композитов на основе полиэтилена и дисперсных наполнителей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Егорова Олеся Владимировна

ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ

И СВОЙСТВ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА

И ДИСПЕРСНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ

Специальность 05.17.06 –

Технология и переработка полимеров и композитов

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2013

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Кадыкова Юлия Александровна, кандидат технических наук, доцент
Официальные оппоненты: Артеменко Александр Александрович, доктор технических наук, профессор, Энгельсский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», заведующий кафедрой «Материаловедение», Карманова Ольга Викторовна, кандидат технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», заведующая кафедрой «Технология переработки полимеров»
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского»

Защита состоится « 07 » июня 2013 года в 13 час. на заседании диссертационного совета Д 212.242.09 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, д. 77, ауд. 319/1.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.».

Автореферат разослан « 07 » мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета В.В. Ефанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Главная современная мировая тенденция развития любого вида продукции – это создание на ее основе широкого ассортимента моделей, типов, марок, модификаций, обеспечивающих эффективное развитие быстро растущей современной экономики, расширяющих области применения продукции, увеличивающих объем ее выпуска. Эта тенденция в полной мере характерна и для современных, особенно термопластичных полимерных материалов. Развитие современной техники требует все новых материалов с заранее заданными свойствами, но создание и освоение выпуска новых полимеров практически не происходит. Поэтому модификация известных полимеров, разработка наполненных функциональными добавками полимерных композиционных материалов, либо смесевых композиций, является сегодня одним из приоритетных направлений в создании полимеров и композитов с прогнозируемыми свойствами.

Наряду с этим, современные экономические условия диктуют необходимость в производстве материалов, обладающих не только высоким комплексом свойств, но и достаточной доступностью и дешевизной. Достижение оптимального уровня между стоимостью и качественными характеристиками полимерного композиционного материала возможно за счет применения доступных, недорогих и эффективных наполнителей, одними из которых являются минеральный наполнитель – базальт и изделия на его основе, а также различные отходы производств, использование которых позволяет снизить не только стоимость изделия, но и их негативное влияние на окружающую среду.

Целью работы являлась разработка композиционных материалов на основе полиэтилена и дисперсного вторичного сырья и базальтового наполнителя, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к изделиям и деталям функционального назначения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  • выбор составов композиционных материалов на основе полиэтилена и дисперсного вторичного сырья и базальтового наполнителя;
  • изучение реологических, физико-химических и механических свойств дисперсно-наполненного полиэтилена;
  • исследование влияния модифицирующих добавок на свойства полиэтиленовых композиций;
  • оптимизация разработанных составов с использованием метода полного факторного эксперимента.

Научная новизна работы состоит в том, что:

  • идентифицирован химический состав отходов производства изделий из композиционных материалов, подтверждающий их соответствие стеклопластику на основе полиэфирной смолы (характерные группы – ОН, – СООН, Si-O), фенопласту (– ОН, колебания ароматического кольца фенола) и базальтовой вате (Si-O);
  • определены реологические характеристики композиционных материалов на основе полиэтилена различных марок (ПЭНД или ПЭВД) и различной природы (первичный или вторичный полимер) и дисперсного вторичного наполнителя. Показано, что введение исследуемых дисперсных наполнителей не изменяет способность полиэтиленовых композиций на их основе к переработке методом литья под давлением;
  • установлена взаимосвязь между формой частиц базальта и физико-механическими свойствами композитов на основе полиэтилена. Доказано, что наполнение полиэтилена базальтом с размером частиц 140 мкм, имеющих волокнистую форму, обеспечивает увеличение изгибающего напряжения композита на 60-65%, ударной вязкости в 4 раза и твердости по Бринеллю на 40-76%;
  • выявлено повышение физико-химической совместимости отходов стеклопластика и базальта с полиэтиленом в результате модификации наполнителя функциональными компонентами, что подтверждается результатами комплексной оценки физико-механических свойств разработанных композитов.

Практическая значимость заключается в том, что:

  • разработаны полимерные композиционные материалы на основе полиэтилена с использованием в качестве наполнителей отходов производства фенопласта, стеклопластика и базальтовой ваты. Установлено, что по физико-механическим показателям разработанные композиционные материалы соответствуют требованиям ОСТ 92-1310-84;
  • совместно с ЗАО «Тролза-Маркет» проведена наработка опытно-промышленной партии изделий из полиэтиленовых композиционных материалов (уплотнитель, обойма изоляционная). Отмечено, что наработка партии осуществлялась по действующей в производстве технологии без изменения параметров технологического процесса (Акт о наработке опытной партии);
  • разработан полимерный композиционный материал на основе полиэтилена с использованием в качестве наполнителя дисперсного базальта, характеризующийся повышенным комплексом свойств;
  • совместно с ООО «Фирма «Бриг» апробирована и внедрена технология получения полиэтиленовой композиции, наполненной дисперсным минеральным наполнителем – базальтом. По разработанной технологии получены готовые изделия и дана комплексная оценка их качественных характеристик на соответствие требованиям нормативных документов (Справка о внедрении НИР).

Основные положения, выносимые на защиту:

  • результаты комплексной оценки свойств композиционных материалов на основе полиэтилена и дисперсного вторичного сырья в качестве наполнителя;
  • установленная возможность использования базальта для наполнения полиэтилена, позволяющая повысить комплекс свойств композиционных материалов на его основе;
  • данные по исследованию влияния измельченного вторичного стеклопластика, фенопласта и базальтовой ваты на реологические свойства полиэтиленовых композиций на их основе;
  • выбранные составы и режимы переработки разработанных композиционных материалов.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись и докладывались на 14 конференциях, в том числе на Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология» (г. Саратов, 2010 г.); Всероссийской молодежной научной школе «Химия и технология полимерных и композиционных материалов» (г. Москва, 2012 г.); Всероссийской молодежной конференции «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (г. Уфа, 2012 г.); IV Всероссийской конференции по химической технологии «Технология полимеров и композиционных материалов. Катализ в химической технологии» (г. Москва, 2012 г.); Конференции «Postpy w nauce w ostatnich latach. Nowych rozwiza» (г. Варшава, 2012 г.); Конференции «Teoretyczne i praktyczne innowacje naukowe» (г. Краков, 2013 г.).

Публикации. По теме работы опубликовано 17 работ, в том числе 3 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК, 14 статей в сборниках и материалах конференций, подана 1 заявка на патент.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методического раздела, трех глав с обсуждением экспериментальных данных, выводов, списка использованной литературы и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы, а также положения, выносимые на защиту.

В главе 1 проведен обзор литературы, в котором обобщены современные тенденции в области применения дисперсных наполнителей, обеспечивающих изделиям функционального назначения на основе термопластичных связующих, требуемые характеристики; рассмотрены методы модификации кристаллизующихся полимерных матриц дисперсными наполнителями; проведен анализ современных проблем по утилизации отходов полимерных материалов, показана эффективность их использования в качестве сырьевых ресурсов и рециклируемых материалов.

В главе 2 описаны объекты исследования, приведена характеристика методов и методик, использованных в экспериментальной части.

Объектами исследования являлись первичный и вторичный ПЭНД, первичный и вторичный ПЭВД; отходы производства: фенопласта, стеклопластика полиэфирного, базальтовой ваты; минеральный дисперсный наполнитель – базальт; модификаторы: – аминопропилтриэтоксисилан (АГМ-9), трихлорэтилфосфат (ТХЭФ).

Исследования проводились с использованием комплекса современных, взаимодополняющих методов: инфракрасной спектроскопии, термогравиметрического анализа, оптической электронной микроскопии и стандартных методов испытаний – физико-механических, химических, технологических свойств. Статистическая обработка результатов эксперимента проводилась по стандартной методике.

В главе 3 изучена возможность использования отходов производства полимерных изделий в качестве наполнителей в композициях на основе полиэтилена.

В ЗАО «Тролза» (г. Энгельс, Саратовская обл.) выпускается различная номенклатура изделий из полимерных материалов, применяемых в троллейбусе. Согласно материально-сырьевому балансу технологических процессов на предприятии при выпуске 350 троллейбусов в год образуется до 6 000 кг отходов различных полимерных материалов, из них 2 835 кг вывозятся на санкционированный полигон ТБО, что приводит к дополнительным материальным затратам. Наибольшую долю вывозимых материалов составляют отходы фенопласта (ФП), стеклопластика (СП) и базальтовой ваты (БВ) (табл.1).

Таблица 1

Объем полимерных отходов, образующихся на ЗАО «Тролза»

Наименование отходов Объем, кг/год
ПЭ вторичный 2858
Фенопласт 535
Стеклопластик 1450
Базальтовая вата 850

В то же время, указанные отходы могут и должны рассматриваться как перспективные наполнители в производстве полимерматричных композиционных материалов. В связи с этим в работе изучена возможность наполнения полиэтилена отходами производства с целью снижения их вывозимых объемов, негативно влияющих на окружающую среду, повышения либо сохранения свойств композиций, содержащих вторично используемые материалы, и получения экономического эффекта, за счет экономии первичного сырья, отсутствия затрат на наполнители и снижения расходов на выплаты по вывозу и размещению отходов на санкционированном полигоне ТБО.

В соответствии с задачами исследований методом ИКС идентифицирован состав отходов (рис.1).

 ИКС наполнителей для ПЭ: 1 – отходы-2

Рис. 1. ИКС наполнителей для ПЭ: 1 – отходы стеклопластика; 2 – отходы

базальтовой ваты; 3 – отходы фенопласта

Подтверждено их соответствие таким композитам как полимерный материал на основе полиэфирного связующего и стеклонаполнителя (рис.1. кр.1) по наличию групп –ОН (3400 см-1), –СООН (1434 см-1), Si-O (784 см-1) и фенопласта (рис. 1, кр. 3), в котором установлены группы –ОН (3400 см -1) и ароматическое кольцо фенола (1500 см -1). Идентифицирован состав отходов базальтовой ваты (рис. 1, кр. 2), характеризующийся присутствием групп Si-O (725 см-1) и СН2-групп (2922 см-1 и 2852 см-1), наличие которых связано с ее обработкой фенолформальдегидным аппретом в промышленном производстве.

Существенное значение для межфазного взаимодействия, для формирования граничных слоев и, как следствие, комплекса механических свойств имеют размер частиц наполнителя и их распределение по размерам. В связи с этим исследован гранулометрический состав измельченных наполнителей (рис. 2).

Рис. 2. Гранулометрический состав измельченных наполнителей:

1- фенопласт; 2 – стеклопластик; 3 – базальтовая вата

Из результатов следует, что все наполнители полидисперсны. Преобладающей фракцией для измельченных стеклопластика, базальтовой ваты и фенопласта являются частицы с диаметром 140 мкм. Поэтому в работе для наполнения использовали частицы этого размера.

Исследование измельченных отходов производства методом оптической микроскопии показало (рис. 3), что используемые наполнители имеют различную форму частиц. Для фенопласта и стеклопластика характерна нерегулярная форма частиц. Измельченная базальтовая вата имеет толщину частиц 1-3 мкм и длину 8-200 мкм, причем частицы преимущественно игольчатой формы.

Х 100

Х 1000

а

Х 100

Х 1000

б

Х 100

Х 1000

в

Рис. 3. Оптическая микроскопия измельченных отходов производства с размером частиц 140 мкм: а – базальтовая вата; б – фенопласт; в - стеклопластик

С целью выбора оптимальных составов композиций на основе полиэтилена разработана математическая модель с использованием полного факторного эксперимента и применением градиентного метода оптимизации. Анализ полученных регрессионных уравнений показал, что оптимальными являются композиции, содержащие: 50 масс.ч. фенопласта, 5 масс.ч. стеклопластика и 40 масс.ч. базальтовой ваты (рис. 4).

Рис. 4. Влияние содержания наполнителей (масс.ч.) на изгибающее

напряжение ПКМ.

Метод переработки композиций определяли по показателю текучести расплава (ПТР). Значения показателя текучести композиции с фенопластом, стеклопластиком и базальтовой ватой, как с первичным, так и с вторичным полиэтиленом, составляют от 3,7 до 22 г/10 мин (табл. 2). Наполненный измельченными отходами исследуемых композитов полиэтилен можно перерабатывать методом литья под давлением.

Таблица 2

Изменение показателя текучести расплава композиции

в зависимости от ее состава

Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ПЭ ПТР, г/10 мин
ПЭНД 23
ПЭНД+5СП 20
ПЭНД+40БВ 17
ПЭНД+50ФП 15
ПЭНД втор 25
ПЭНДвтор+5СП 22
ПЭНДвтор+40БВ 18
ПЭНДвтор+50ФП 17
ПЭВД 5,5
ПЭВДперв+5СП 5,0
ПЭВДперв+40БВ 4,0
ПЭВДперв+50ФП 3,8
ПЭВД втор 6,7
ПЭВДвтор+5СП 6,7
ПЭВДвтор+40БВ 4,8
ПЭВДвтор+50ФП 3,7


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.