Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 31

Теперь рассмотрим морфологический анализ полимерных материалов. Первоначальную морфологию экструдированных нитей исследовали в зависимости от скорости вращения экструдера и состава смеси. Фазово-контрастная оптическая микроскопия показывает, что размер образования дисперсной фазы HDPE составляет 35%, что сопоставимо как при 300, так и при 500 об / мин. Влияние компатибилизатора на размер домена дисперсной фазы также было изучено. Сравнивая морфологию полимерных гранул до и после добавления стекловолокна, можно заметить, что стекловолокно не влияет на микроморфологическую фазовую структуру полимера. Микрофотографии, показывающие сравнение морфологии дисперсной фазы HDPE и каучука Kraton, демонстрируют аналогичное распределение со стекловолокном или без него. Специалисты успешно получили морфологию дисперсной фазы HDPE микронного размера при 300, 400 и 500 об / мин из полипропилена благодаря конструкции шнека с интенсивным сдвигом. Повышенная жесткость и другие свойства (например, температура теплового отклонения) за счет армирования стекловолокном уравновешиваются соответствующим снижением ударных свойств и растяжения.

Поскольку переработанные пластмассы подвергались воздействию окружающей среды, требования к процессам переработки зачастую выдвигаются более жесткие. Например, для дисперсионного смешивания, возможно, придется проводить компаундирование на двухшнековом экструдере, а не на одношнековом. Кроме того, для некоторого рециркулируемого сырья могут потребоваться такие стадии очистки, как удаление летучих веществ и фильтрация расплава. Следовательно, процесс компаундирования может иметь значительное влияние на общую стоимость конверсии. Еще один вклад в стоимость конверсии — добавка, улучшающая совместимость. Самые эффективные из этих добавок стоит до 10 евро за 1 кг. Это добавляет определенную стоимость к переработанному материалу с учетом того, что необходим примерно 5% уровень добавки, улучшающей совместимость. Статистические расчеты экспериментов (DOE) часто используются на ранних этапах оптимизации процесса. Затем следует проверка прогнозной модели с использованием фактических производственных данных завода. Модель, которая будет описана ниже, отражает окно рабочих характеристик процесса и показывает влияние изменения состава и скорости шнека экструдера на свойства смеси. Индивидуальные параметры для каждого важного свойства полезно учитывать для определения общих тенденций в зависимости от состава. Однако их можно использовать для определения рабочих окон для желаемого баланса между механическими свойствами и стоимостью смешиваемой смолы. В текущем анализе мы делаем следующие предположения.

Обратите внимание, что не каждой комбинации каучука Kraton и HDPE достаточно для удовлетворения требований к характеристикам смеси. Изменение допустимых составов является прямым результатом удлинения при сдвиге отклика на разрыв при изменении числа оборотов в минуту. Как описано выше, с увеличением числа оборотов в минуту удлинение при разрыве увеличивается для данного состава. Механические свойства для данного состава смеси (% HDPE или % резины Kraton) и рабочих оборотов в минуту также разнятся, а еще нужно учитывать общий баланс жесткости и ударной нагрузки для улучшенных и армированных смесей. Статистический план проведения экспериментов по исследованию свойств — это эффективный подход к определению рабочего окна для достижения баланса механических свойств и стоимости совместимой смеси переработанного полипропилена и полиэтилена высокой плотности. В ряде исследований продемонстрирована зависимость от состава и обработки микроморфологической фазовой структуры и механических свойств как ненаполненных, так и стеклонаполненных рециклированных смесей ПП – ПЭВП. Во время экструзии и компаундирования создается хорошо диспергированная морфология размера структур HDPE от микронного до субмикронного размера. Концентрация компатибилизатора в смеси сильно влияет на свойства при ударе и удлинении. Кроме того, соотношение полиолефиновой смеси и концентрация компатибилизатора проявляют эффекты взаимодействия при определении баланса свойств для смешанной системы.

Известно, что полипропилен при смешивании в расплаве с полиэтиленом увеличивает свою ударопрочность, в то время как другие механические свойства, такие как модуль Юнга, снижаются. По мере увеличения концентрации HDPE модуль упругости при изгибе полипропилена уменьшается, а ударная вязкость по Изоду с надрезом увеличивается. Такие смеси обычно приготавливают при 500 об / мин с использованием всех других условий смешения, как в случае с программами расчета свойств. При использовании компатибилизатора, такого как каучук Kraton, баланс жесткости и ударной вязкости может быть адаптирован в зависимости от состава смеси. Для совмещенной смеси анализ демонстрирует эффект изменения состава для каждого свойства и то, что удлинение зависит от скорости сдвига, в то время как другие свойства не зависят от скорости сдвига. Совместимые смеси демонстрируют более низкий модуль упругости при изгибе и более широкий диапазон ударной вязкости по Изоду, чем армированные смеси. Свойства совместимых смесей сильно зависят от состава, тогда как свойства композита больше зависят от уровня Kraton, чем от состава полиолефина. Это предлагает широкое рабочее окно для удовлетворения требований по жесткости при ударе при ежедневных поставках сырья.