Технические решения для промышленности
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 1

1 октября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 1
Автор
Автор статьи: Ольга Борисова

Сегодня, когда существует жесткая конкуренция между различными строительными материалами, постоянно разрабатываются и совершенствуются новые виды, обладающие лучшим сочетанием ключевых эксплуатационных характеристик. Полиэтилен (PE) и полипропилен (PP) представляют собой класс материалов, называемых полиолефинами. Композиты на основе этих смол относительно новы по меркам первых строительных материалов. Недавние попытки использовать эти типы материалов сочетают в себе экономическую эффективность с широким спектром конечных применений, таких как пленки, волокна и формованные изделия. Стимул для этого развития объясняется простотой получения полиолефинов с эффективным производством и очисткой мономеров из различных источников, постоянным совершенствованием катализаторов и большими хорошо управляемыми установками полимеризации. Следовательно, высокий рыночный спрос на материалы с хорошими эксплуатационными характеристиками и экономичными материалами стимулировал развитие многомиллиардной полимерной индустрии.

За последние 20-25 лет исследователями были предприняты значительные усилия по разработке композитов на основе полипропилена для замены металлов и многих типов технических термопластов в высокоэффективных приложениях. Помимо снижения затрат на единицу объема, межфазная конструкция полипропиленовых композитов может быть адаптирована к растущему числу характеристик и эксплуатационных свойств, которые становятся всё более требовательными. Также были разработаны и запущены в производство и новые сополимеры полипропилена (например, термостабилизированный рандом-сополимер, PP-RCT, появившийся в середине 2000-х годов, а недавно выделенный в отдельный тип полипропилена), из которых изготавливаются различные типы изделий, в том числе и полипропиленовые трубы нового поколения. В этом цикле статей мы рассмотрим основные типы полипропилена и сосредоточимся на менее известных композитах, которые практически не описывались не только в наших статьях, но и вообще в русскоязычной специальной литературе.

Для начала введём несколько важных терминов в том виде, в котором они определяются авторами работ: без этого дальнейший материал не всегда может быть понят правильно. Начнём с определения межфазной области как основы для создания полипропиленовых композитов. Межфазная область определяется как полимерное покрытие, окружающее любой тип дисперсных частиц, включенных в полимерную матрицу — это, например, частицы минерального наполнителя, стекловолокно или даже капли диспергированного эластомера. Далее будут описаны ключевые компоненты материала, которые способствуют подходящему термическому и механическому поведению, определяемым требованиями конечного использования. Межфазное проектирование можно определить также как основу, где добавки являются отдельными строительными блоками, необходимыми для разработки подходящего материала. Последовательность стадий формирования начинается с производства полипропиленовых смол и заканчивается наращиванием межфазной конструкции. Молекулярную структуру и морфологию отдельных полипропиленовых смол можно легко изменить на стадии реактора с помощью новых каталитических систем. Дополнительные смеси доступных смол с различными добавками способствуют повышению ударопрочности, контролируемой реологии, термической стабильности и другим желательным характеристикам полимерной матрицы.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 1

Включение химических связующих веществ и минерального наполнителя или армирования стекловолокном (или базальтовым волокном в новейших разработках) в компаунды из модифицированного полипропилена для образования химически связанного композита является основным заключительным этапом в межфазном проектировании. Окончательная комбинация ингредиентов способствует адгезивному соединению между полимерной матрицей и несущей конструкцией из волокна. Следовательно, физико-химические характеристики микроструктуры, основанные на межфазном проектировании, определяют окончательные механические и другие свойства полипропиленовых смол с наполнителем или волокном. Благодаря значительным достижениям в области получения новых химических соединений и технологии плавления стекловолокна, химически связанные полипропиленовые композиты могут быть изготовлены так, чтобы демонстрировать прочность и жесткость, необходимые для применения в условиях повышенных температур, например, в жарком климате или даже под капотом автомобилей (от +60 до +150 °C). На другом конце температурного диапазона модификация эластомеров плюс добавки с наполнителями для сохранения жесткости обеспечивает средства для обеспечения устойчивости к низкотемпературным воздействиям в условиях северных температур значительно ниже нуля (от –30 до –40 °C).

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 1

Однако даже в условиях эксплуатации при комнатной температуре существует множество факторов, которые могут повлиять на срок службы готовой детали или конструкции из любого материала. Например, к материалу, который подходит для насосов плавательных бассейнов, прилагается широкий спектр требований: прочность на разрыв, восстанавливаемая деформация (пластичность) при циклическом изменении давления или сопротивление ползучести, влагостойкость и химическая стойкость (в частности, к газообразному хлору, который используется для дезинфекции воды), а также атмосферостойкость при комбинированном воздействии влаги и ультрафиолета. Концепция межфазного проектирования, таким образом, будет являться центральной темой этого руководства. Материал будет подаваться поэтапно, чтобы охватить все темы, начиная от современной технологии производства полипропиленовых компаундов с желаемыми характеристиками структуры и свойств. Также будет описываться модификация полипропиленовых смол и микроструктуры путем добавления различных добавок и постреакторной обработки. Текущему состоянию технологии армирования минеральными наполнителями и стекловолокном также будет уделено значительное внимание, поскольку это подготовительный этап к созданию композитов из полипропилена.

Также мы рассмотрим полипропиленовые композиты с наполнителями, в том числе с тальком, а также со слюдяным армированием. Подробно остановимся на технологии стекловолоконного армирования и армирования базальтовым волокном (эти технологии во многом схожи), а также уделим внимание современным методам реактивной экструзии и сборки компонентов с помощью двухшнекового оборудования. Затем детально рассмотрим концепцию межфазного проектирования и химические связи в конечных межфазных структурах, относящихся уже к классу инженерных термопластов. Характеристика длительной усталостной прочности при ползучести для полипропиленовых композитов, армированных стекловолокном, будет представлена как истинный показатель механического отклика, который представляет собой фактический срок службы формованной детали. Заранее скажем, что взаимосвязь между химическим составом стекловолокна, который является ключевым элементом межфазного проектирования, коррелирует с этим долгосрочным поведением при растяжении.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 1

Помимо необходимости в соответствующей межфазной конструкции для достижения желаемых механических свойств, долговечность формованных деталей зависит от разумного выбора пакетов стабилизаторов (антиоксидантов, УФ-стабилизаторов, дезактиваторов металлов, антипиреновых добавок и т. д.), способных выдерживать повышенные температуры окружающей среды и/или комбинированное воздействие влаги и солнечного света. Кроме того, будет рассмотрено влияние условий окружающей среды, а также необходимость создания эффективных комплексов стабилизаторов для огнестойкого полипропилена с целью повышения устойчивости к атмосферным воздействиям и продления срока службы литой детали. Хотя интернет и сделал такую информацию более доступной, ограничения по времени при разработке оптимальной технологии межфазного проектирования требуют наличия более практичного источника базовой информации под рукой. Будем надеяться, что это руководство, представляющее актуальную информацию о материалах на основе полипропилена, окажется полезным не только «кабинетным» специалистам, но и инженерам-практикам, а также специалистам различных технических служб.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 1

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад