Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 30

18 октября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 30

В этой части сосредоточимся на особенностях обработки и свойствах вторичного материала на основе полипропилена. Ясно, что для преобразования переработанного пластика в полезные смеси с рыночными свойствами требуются современные технологии обработки полимеров. Как и в случае с первичными материалами, состав смеси, компаундирование и изготовление пресс-форм используются для достижения определенных свойств для целевых приложений. Таким образом, понимание взаимосвязи между составом и переработкой полиолефиновой смеси, с одной стороны, и морфологией и свойствами смеси, с другой, должно способствовать более экономичному подходу к составлению и переработке продукта, а также дизайну продукта для приложений, использующих перерабатываемые полиолефины. Давайте попробуем разобраться во влиянии соотношения ПЭ:ПП, а также концентрации компатибилизатора и его влиянии на морфологию и свойства смеси до и после армирования стекловолокном для смесей из переработанного полиэтилена высокой плотности и полипропиленовых промышленных отходов.

Компаундированные смеси состоят из различных фракций полиэтилена высокой плотности (20–50%), полипропилена (43–79%) и каучука Kraton FG1901X (1–7%). Это совместимая смесь. Усиленная композитная смесь представляет собой 20% загрузку стекловолокна-OCF / BA457 совместимой смеси. Ранее довольно активно использовался связующий агент HG201 (1%) во всех составах, армированных стекловолокном (GFR), для улучшения адгезии стекловолокна к полимерной матрице. Переработанный полиэтилен высокой плотности, полученный из ПЭТ-бутылок для газированной воды и жестких бутылок для бытовых очистителей имел одинаковый состав от поставщика к поставщику, что обеспечивало стабильные условия для проведения экспериментов. Полипропиленовый же компонент представляет собой смесь гомополимера и сополимеров некондиционных промышленных материалов. Перед компаундированием смесь подвергали разрушению пероксидом до постоянной скорости потока (MFR) 20. HDPE и PP составляют несмешивающуюся пару. Сообщалось, что диссипативное плавление многокомпонентных полимерных систем с компатибилизаторами демонстрирует супер- и субмикронные морфологии, которые важны для конечных свойств. Наглядный тому пример – система HDPE – PP – Kraton FG1901X. Для такой системы на результирующую морфологию может влиять пропорция добавления участвующих компонентов и смешивания. Для системы HDPE – PP были построены как реологические кривые, так и графики зависимости отношения вязкости от скорости сдвига.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 30

Несовпадение реологических кривых свидетельствует о возможных трудностях дисперсионного перемешивания расплава. Однако перемешивание во время плавления смеси можно существенно улучшить с помощью контроля вязкости, регулируя температуры в области плавления смеси (первые два-три цилиндра) экструдера с использованием смесительных блоков с большим усилием сдвига. Это было успешно выполнено, как показывает микронная и субмикронная морфология смешанных компаундов. Скорость вращения шнека экструдера составляла от 300 до 500 об / мин. Температура переработки составляла на разных участках от 160 до 210 °C. Составы смесей готовили на двухшнековом экструдере диаметром 40 мм. Такой экструдер с цилиндрическими секциями имеет возможность как подачи, так и вентиляции. Стекловолокно марки OCF / BA 457 было загружено в расплав для сохранения соотношения сторон и уменьшения износа оборудования. Точная подача измельченного стекловолокна была обеспечена за счет системы подачи с уменьшением веса и правильно сконфигурированной конструкции шнека. Для проверки точности загрузки было установлено оборудования для анализа ключевых параметров. Образцы были собраны для проверки морфологии и характеристик. Гранулированные образцы были также собраны для определения MFR и для проверки механических свойств.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 30

Образцы, полученные литьем под давлением, были приготовлены в соответствии со стандартами ISO и ASTM. Образцы были испытаны на модуль упругости при изгибе (МПа), предел текучести при растяжении (МПа), удлинение при разрыве (%), ударную нагрузку по Изоду с надрезом (Дж / м) и HDT (температуру теплового отклонения, °C). Морфологические характеристики отобранных образцов были выполнены с использованием фазово-контрастной оптической микроскопии (PCOM) и сканирующей электронной микроскопии (SEM) с использованием специального оборудования. Образцы для PCOM были приготовлены путем срезания микросрезов из экструдированных волокон и гибких стержней как в параллельном, так и в поперечном направлениях с использованием микротома. Образцы для СЭМ получали разрушением в жидком азоте. Оптика системы PCOM такова, что фаза PE выглядит как более темная на оптических микрофотографиях. Далее рассмотрим смешивание с использованием статистического планирования экспериментов. Для этого нужно определить входные переменные, связанные с материалом (фракция HDPE, концентрация каучука Kraton) и входные факторы, связанные с процессом смешивания (скорость шнека, в оборотах в минуту), а также их расчетные диапазоны. Представляющие интерес ответы – это механические свойства смеси и общие затраты на переработку.

В проекте предусмотрены полные полиномиальные модели до второго порядка. Следовательно, модель отклика включает линейные эффекты, эффекты взаимодействия и кривизны для каждой входной переменной. Подробный статистический анализ и прогнозные модели были представлены для каждого ответа как функции входных факторов с использованием множественной линейной регрессии. Все данные были проанализированы с использованием специального программного обеспечения. Пошаговая множественная линейная регрессия использовалась с общим критерием, согласно которому для сохранения переменных в окончательных уравнениях регрессии требуется статистическая значимость на уровне уверенности 95%. Отклики анализировались индивидуально для модуля упругости при изгибе, ударной вязкости по Изоду, удлинения при разрыве, прочности на разрыв и температуры тепловой деформации. В качестве ориентира были взяты результаты для исходных материалов и несовместимых смесей. Поверхности отклика, показывающие влияние композиции на механические свойства, сравнивались с компатибилизированной смесью и композитом, армированным стекловолокном.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 30

Интерес представляет анализ моделей регрессии для совместимых смесей по сравнению с усиленными смесями. Здесь была продемонстрирована заметная разница в характере откликов. Взаимодействие между волокном и основной оказалось сильнее, чем более тонкое взаимодействие ПП – ПЭ. Каучук Kraton является модификатором ударной вязкости и улучшающим совместимость, таким образом воздействуя на ударную вязкость по Изоду. Модуль упругости уменьшился из-за размягчения матрицы, вызванного каучуком Kraton. Необычное удлинение при разрыве было обусловлено поверхностными и объемными дефектами, вызванными введением стекловолокна, которое при растяжении вызывает деформации, которые заканчиваются сильным разрывом. Также модуль упругости при изгибе увеличился примерно в три раза (примерно 1200 МПа для компатибилизированной смеси по сравнению с 3500 МПа для армированной). Как и в случае модуля упругости при изгибе, относительно низкое значение ударной вязкости в сочетании с высоким уровнем достоверности предполагает, что добавление каучука Kraton является значительным фактором, но вариабельность теста слишком высока, чтобы можно было использовать составленные специалистами формулы для целей прогнозирования. В следующей части продолжим рассматривать попытки совместимости вторичного полипропилена с другими пластиками и поговорим об экономических факторах.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 30

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