Изучение технологических особенностей и свойств композитов на основе полиэтилена и дисперсных наполнителей (стр. 3 )

Таблица 7

Влияние базальта на термостойкость и горючесть

наполненного полиэтилена

Состав композиции, масс. ч., на 100 масс. ч. ПЭ	Время самостоятельного горения, с	Потеря массы при поджигании на воздухе, %	Кислородный индекс, % об.	Начальная температура деструкции, 0С	Коксовый остаток при 7000С, %	Тепло-стойкость по Вика, 0С
ПЭНД	240	58	19	280	18	136
ПЭНД + 40 масс. ч. базальта	115	27	25	284	35	145
ПЭВД	255	62	19	270	12	108
ПЭВД + 40 масс. ч. базальта	120	30	24	273	30	119

С целью повышения степени наполнения и улучшения комплекса свойств базальтопластика рассмотрено влияние модифицирующей добавки АГМ-9 и пластификатора ТХЭФ на реологические и физико-механические свойства. По показателю текучести предлагаемые композиции можно перерабатывать методом литья под давлением. Введение АГМ-9 повышает физико-механические свойства, по сравнению с немодифицированной композицией (табл. 8). В большей мере на комплекс свойств оказывает влияние введение пластификатора – ТХЭФ: изгибающее напряжение повышается на 32%, ударная вязкость – на 48 % и твердость по Бринеллю – на 18 %.

Таблица 8

Сравнительная характеристика свойств модифицированных ПКМ

Состав композиции, масс. ч., на 100 масс. ч. ПЭ	Изгибающее напряжение, МПа	Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	Ударная вязкость*, кДж/м2	Твердость по Бринеллю, МПа
ПЭНД	17	28	3,3	60
ПЭНД+40 базальта	28	14	13,2	82
ПЭНД+40 базальта**	32	16	16,8	85
ПЭНД+50 базальта**	34	16	17,9	94
ПЭНД+40 базальта***	37	21	19,6	97

Примечания: коэффициент вариации по свойствам составляет 8 %;

*- образцы испытаны с надрезом;

** - базальт, модифицированный АГМ-9;

*** - базальт, модифицированный ТХЭФ.

Сравнение характеристик разработанных материалов на основе ПЭНД с аналогами (табл. 9) показывает, что полиэтилен, наполненный дисперсным базальтом, по всем физико-химическим и механическим свойства не уступает аналогам.

Таблица 9

Сравнительные характеристики разработанных материалов с аналогами

Состав композиции, масс. ч., на 100 масс. ч. ПЭ	Изгибающее напряжение, МПа	Теплостойкость по Вика, ºС	Ударная вязкость, кДж/м2	Кислородный индекс, % об.
ПЭНД+40 базальта	28	145	13,2*	25
Аналоги
ПЭНД+30 полифосфатаммония+2ПЭС-5	11	124	15	30
ПЭНД+2ПЭС-5 + 5 полиакрилонитрильного волокна	10	138	15,4	26
100ПЭНД+20 огнезащищенной древесной муки +2ПЭС-5	17,2	-	2,1	-
100ПЭНД+20 хлорпарафина+40СаСО3	20**	-	14	28,5

Примечание: *- образцы испытаны с надрезом;

** - разрушающее напряжение при изгибе;

ПЭС-5 - полиэтиленсилоксановая жидкость.

В главе 5 дана оценка технико-экономического уровня разработанных композитов и предложена принципиальная схема технологического процесса их получения.

Экономические расчеты, проведенные совместно с предприятием -Маркет», подтверждают эффективность применения отходов производства в качестве дисперсных наполнителей, а также замены первичного полиэтилена рецикловым, т. к. затраты на сырье снижаются на 874 701 руб. при применении ПКМ на основе полиэтилена и отходов фенопласта, на 124 957,29 руб. при применении композиции на основе полиэтилена и отходов стеклопластика и на 1 046 347,3 руб. при использовании ПКМ на основе полиэтилена и базальтовой ваты.

Экономические расчеты, подтвержденные в «Бриг», доказывают эффективность применения дисперсного минерального наполнителя (базальта) для наполнения полиэтилена, вследствие снижения затрат на сырье на 46 486,8 руб. при выпуске 120 000 шт./год переходников для шлангов.

В -Маркет» и Бриг» осуществлялись наработка опытных партий изделий и апробация технологии получения изделий из дисперсно-наполненного полиэтилена. Изготовленные изделия с использованием в качестве наполнителей отходов производства и минерального наполнителя - базальта соответствуют требованиям нормативных документов на данные виды изделий. Имеются Акт о наработке опытной партии и Справка о внедрении.

Для изготовления изделий из ПКМ на основе термопластичного связующего – полиэтилена и дисперсных наполнителей определены параметры технологического процесса и разработана технологическая схема (рис. 7).

Рис. 7. Технологическая схема изготовления изделий из дисперсно-наполненного полиэтилена: 1 – шаровая мельница; 2 – вибросито; 3 – смеситель; 4 – термошкаф; 5 – 8 – дозаторы; 9 – смеситель; 10 – гранулятор; 11 - литьевая машина; 12 – деталеприемник; 13 - станок механической обработки; 14 – стол контроля готовой продукции; 15 – дробилка

Технологический процесс изготовления деталей функционального назначения отличается вариативностью стадий подготовки сырья, который предполагает измельчение отходов фенопласта, стеклопластика, базальтовой ваты или минерального материала базальта в шаровой мельнице (поз. 1), последующий рассев дисперсного наполнителя с отделением фракции частиц с размером ≤ 140 мкм на вибросите (поз. 2) и их дальнейшее непосредственное использование в качестве наполнителя, с загрузкой дисперсного материала в дозатор (поз. 5); либо с модификацией частиц базальта или отходов стеклопластика посредством смешения с функциональными компонентами в смесителе (поз. 3), сушкой (поз. 4) и загрузкой в дозатор (поз. 5).Частицы отходов с размером >140 мкм поступают на повторное измельчение в дробилку (поз. 1).

По предлагаемой технологии получены готовые изделия и дана комплексная оценка их качественных характеристик на соответствие требованиям нормативных документов.

ВЫВОДЫ

1.  Доказана эффективность использования для наполнения полиэтилена дисперсного базальта, обеспечивающего повышение ударной вязкости композита в 3 раза, увеличение изгибающего напряжения на 60-65% и твердости по Бринеллю на 38-40% при достижении кислородного индекса 24-25%.

2.  Выбраны составы композиционного материала на основе полиэтилена и дисперсного вторичного сырья, при которых достигается повышение основных физико-механических характеристик при наполнении как отходами фенопласта на 35-50% (по ударной вязкости – в 2,4-3 раза); так и отходами базальтовой ваты на 30-60% (по ударной вязкости – в 2 раза).

3.  Исследовано влияние модифицирующей добавки (АГМ-9) на свойства полиэтиленовых композиций, наполненных отходами стеклопластика. Введение в композицию модифицированных АГМ-9 отходов стеклопластика позволяет повысить степень наполнения полиэтилена в 2 раза, обеспечивая при этом значения ПТР, характерные для ненаполненного полиэтилена. Увеличение содержания обработанных модифицирующей добавкой отходов приводит к увеличению: изгибающего напряжения на 47%-76%, ударной вязкости – на 18-48% и твердости по Бринеллю – на 5-15%.

4.  Изучены реологические свойства дисперсно-наполненного полиэтилена. Отмечено, что введение исследуемых наполнителей не изменяет способность полиэтиленовых композиций на их основе к переработке методом литья под давлением.

5.  Разработана математическая модель с использованием метода полного факторного эксперимента и градиентного метода оптимизации, которая позволила определить оптимальное соотношение компонентов в композиции в зависимости от их объемного содержания, размера частиц и технологических параметров переработки.

6.  Проведена промышленная апробация полиэтиленовых композиций в -Маркет» (Акт о наработке опытной партии) и «Бриг» (Справка о внедрении). Изготовленные изделия с использованием в качестве наполнителей отходов производства и минерального наполнителя – базальта соответствуют требованиям нормативных документов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ОСНОВНЫМ ПОЛОЖЕНИЯМ ДИССЕРТАЦИИ

В научных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ

1.  Егорова регулирование структуры и свойств полиэтилена, наполненного дисперсными наполнителями / , , // Пластические массы№ 4. - С. 57-59.

2.  Егорова влияния отходов производства на свойства полиэтиленовых композиций / , , // Вестник Саратовского государственного технического университета№ 2(65). - Вып.1.- С. 62-66.

3.  Егорова композиции, наполненные дисперсным базальтом / , , // Пластические массы№ 9. - С. 38-39.

В центральных периодических изданиях

4.  Егорова базальта на показатели горючести и физико-механические свойства полимерматричных композитов на его основе / , , // Приволжский научный вестник.- 2013.- № 1 (17) январь.- С. 7-9.

Материалы Всероссийских и Международных конференций

5.  Егорова возможности использования отходов производства для получения изделий из полиэтилена / , , // Материалы и технологии XXI века: тр. науч.-техн. конф., посвящ. 40-летию кафедры «Материаловедение» ЭТИ СГТУ. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. - С. 88-91.

6.  Егорова отходов производства для получения полимерных композиционных материалов на основе полиэтилена / , , // Системы автоматического проектирования и автоматизация производства: сб. науч. тр. по материалам 1-й региональной науч.-техн. конф. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. - С. 98-101.

7.  Егорова как ресурсосберегающие конструкционные материалы / , , // Системы автоматического проектирования и автоматизация производства: сб. науч. тр. по материалам 1-й региональной науч.-техн. конф. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. - С. 101-104.

8.  Егорова композиционные материалы, упрочненные базальтом / , , // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология: докл. Междунар. конф. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - С. 59-62.

9.  Егорова отходов стеклопластика для наполнения полиэтилена / , , // Современные тенденции химической технологии и теплоэнергетического комплекса: докл. Всерос. инновацион. форума. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2011. - С. 195.

10.  Егорова наполнитель для полиэтилена / , , // Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент: материалы III Междунар. науч.-инновацион. молодеж. конф. - Тамбов: Изд-во ИП , 2011. - С. 115-117.

11.  Егорова физико-химических свойств ПКМ, наполненных дисперсным базальтовым наполнителем/ , , // Наука. Технологии. Инновации: материалы Всерос. науч. конф. молодых ученых: в 6 ч.- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011.-Ч.3 - С. 61-64.

12.  Егорова композиции на основе дисперсного базальта / , , // Химия и технология полимерных и композиционных материалов: сб. материалов Всерос. молодеж. науч. школы. – М.: ИМЕТ РАН, 2012. - С. 92.

13.  Егорова взаимодействия полиэтилена с базальтовым наполнителем / , , // Волокна и пленки 2011: перспективные технологии и оборудование для производства и переработки волокнистых и пленочных материалов: материалы Междунар. науч.-практ. конф.-семинара. – Могилев: МГУП, 2011. – С. 65-67.

14.  Егорова , наполненный отходами полиэфирного стеклопластика / , , // Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений: сб. докл. Всерос. молодеж. конф. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2012. - С. 85.

15.  Егорова композиции на основе дисперсного базальта / , , // Химическая технология (сб. тез. докл.): IV Всерос. конф. по химической технологии, Всерос. школа по химической технологии для молодых ученых и специалистов «Технология полимеров и композиционных материалов. Катализ в химической технологии» / под ред. , . – М.: Тип-Топ, 201с. - С.176-178.

16.  Егорова полимерных композиционных материалов, наполненных базальтом / , , // Postępy w nauce w ostatnich latach. Nowych rozwiązań. 28.12.2 Варшава\Warszawa.- С. 51 – 53.

17.  Егорова на основе базальтовой ваты / , , // Teoretyczne i praktyczne innowacje naukowe 29.01.2 Краков \ Krakow. - С. 78-80.

Патентные документы

18.  Заявка № от 01.01.2001 г. Полиэтиленовая композиция / , ,

Подписано в печать 24.04.2013 Формат 60×84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 6

Дом «Райт-Экспо»

Саратов, Волжская ул., 28

Отпечатано в «Райт-Экспо»

Саратов, Волжская ул., 28,