ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАСТИФИЦИРОВАННОГО СШИТОГО НЕПРЕДЕЛЬНЫМИ ЭПОКСИСОЕДИНЕНИЯМИ ПВХ И ИЗДЕЛИЯ НА ИХ ОСНОВЕ

PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF PVC PRODUCT PLASTICIZED AND SEWED BY NON-LIMITING EPOXY COMPOUNDS AND THEIR BASIS

Karam Sefi Shykhaliev

doctor of Technical Sciences, Professor-Academician of European Academy of Natural Sciences, Professor of Azerbaijan State Oil and Industrial University,

Azerbaijan, Baku

АННОТАЦИЯ

Автором проведено исследование влияния вышеуказанных компонентов на физико-механические свойства модифицированного поливинилхлорида. Исходя из анализа исследования термомеханических кривых и процесса гелеобразования, физико-механическим испытаниям были подвергнуты ПВХ-плёнки, полученные из композиции с наибольшим процентом гель-фракции, которые, на взгляд автора, могут обеспечить преследуемую цель – получение эластичных ПВХ-пленок, чему может способствовать введение пластификатора в композицию в пределах 6-12  м.ч.

ABSTRACT

We have conducted research of the influence of above mentioned components on physical and mechanical properties of modified polyvinyl chloride. Based on the research analysis of thermomechanical curves and gelling process, PVC films obtained from the composition with the highest percentage of gel fraction have been subjected to physical and mechanical tests, which, in our opinion, can provide the pursued aim of obtaining elastic PVC films that can be facilitated by the introduction of a plasticizer into the composition within 6-12 m.ch.

Ключевые слова: поливинилхлорид, физико-механические свойства, композиция, гель, пластификация, пластификатор, непредельные эпоксисоединения, совместимость, желатинизация, изменение эффективной вязкости пластифицированного сшитого ПВХ,  концентрация, компонент.

Keywords: polyvinyl chloride; physical and mechanical properties; composition; gel; plasticizing; plasticizer; non-limiting epoxy compounds; compatibility; gelatinization; change of effective viscosity of plasticized sewed PVC; concentration; component.

Смеси  ПВХ с другими полимерами проявляют часто характерные признаки макромолекулярной несовместимости [1-5], при этом их структура представляет либо микроблочное разделение  [6], либо капли или фибриллы одного компонента в матрице другого (структура композитного типа) [7-8]. Исследования показали, что надмолекулярная структура композитного типа существует в расплавленном состоянии  [9-10], делая возможным существование так называемых «реологических особых» композиций [11-13].

Смешение в расплаве проводится в две стадии  [14-15; 1; 2; 3],  за дисперсным смешением следует стадия ламинарного смешения. Проблема связи между свойствами получаемых композиций и ее составом систематически изучается и продолжает получать интенсивное развитие во всем мире. Надмолекулярная структура полимерных изделий определяет в основном их физико-механические и эксплуатационные свойства. 

Задачей нижеприведенного исследования является создание полимерных систем с требуемым комплексом технически важных свойств путем разработки теоретических основ совместимости, соответствующим выявлением термодинамических закономерностей сочетания различных полифункциональных компонентов с оптимальными свойствами конечного материала. Об  изменении  эффективной вязкости пластифицированного сшитого ПВХ в зависимости от концентрации компонентов  был  изучен  процесс желатинизации  компонентов (таб.1).  

Желатинизацию проводили в течение 1-го часа при 70⁰С. Вальцевание композиции осуществляли на микровальцах с электрическим подогревом в течение 10 минут при температуре 130-140⁰С. Процесс пленкообразования проходит без технологических затруднений. Образующиеся плёнки легко снимаются с валков. Полученные ПВХ-плёнки формовали методом прямого горячего прессования при температуре 160-170⁰С в течение 25-30 минут и удельной нагрузке 9,0-1% МПа с последующим водяным охлаждением. Образцы в виде лопаток с шириной рабочего участка 6 мм и толщиной 1 мм испытывали на венгерской разрывной машине маятникового типа. Результаты физико-механических испытаний приведены в таблицах 1-4.

Известно, что механические свойства полимеров зависят от ряда так называемых структурных модификаций – ориентации молекул и надмолекулярных структур, размера структур, пластификации химического структурирования и т. д.

Таблица 1.

Изменение эффективной вязкости пластифицированного сшитого ПВХ в зависимости от концентрации компонентов

С этой целью испытывали плёнки с одной и той же концентрацией ди-третбутилперекиси в композиции, равной 3 масс.ч. Изучение динамометрических свойств показывает, что прочность таблеток с увеличением содержания пластификатора уменьшается. Максимальную прочность имеют плёнки с наименьшей концентрацией пластификатора. Причем увеличение количества структурирующего мономера также приводит к уменьшению прочности. Исключение составляет диглицидиловый эфир. Подобное аномальное отклонение в общем-то объяснимой закономерности можно отнести к особенности природы диглицидилового эфира.  Увеличение  количества пластификатора в ПВХ-плёнке приводит к увеличению эластичности, что согласуется с общепринятыми на сегодняшний день представлениями о теории пластификации (таб. 2).

Таблица  2.

Физико-механические показатели пластифицированного сшитого ГАЭ поливинилхлорида

При вальцевании пластифицированных систем, имеющих в своём составе химически активные компоненты, весьма важное значение приобретает технологический режим получения ПВХ-материала на основе этой композиции.

Необходимо отметить, что на изменении реологических свойств расплава сказывается природа структурирующего мономера и его эфира, в качестве сшивающего агента наблюдается общее увеличение вязкости по отношению к другим модификаторам.

Технологический режим в этом случае предопределяет преобладание процесса физической пластификации или химического структурирования. Процесс пластификации, проходящий в течение 10 минут при температуре 130-140⁰С, способствует проведению пластификации поливинилхлорида, в результате которой происходят хорошо известные и доказанные процессы ориентации и распрямлений надмолекулярных образований «пачек» полимера (таб. 3).

Таблица  3.

Физико-механические показатели пластифицированного сшитого ФГАЭ поливинилхлорида

После вальцевания образуется новая зафиксированная надмолекулярная структура. Режим прямого горючего прессования способствует разложению перекиси, инициирует химическое взаимодействие непредельных эпоксисоединений  с молекулами поливинилхлорида и образует трёхмерную структуру. Наличие пластификатора на поверхности полимерной цепи затрудняет процесс сшивки, что ведет, как видно из таблицы, к снижению прочности. В то же время пластификатор и разбавляет пустоту пространственной ветки, увеличивает возможность перемещения новых надмолекулярных образований друг относительно друга, что, как известно, обеспечивает механизм эластичного полимера.

Таблица  4.

Физико-механические показатели пластифицированного сшитого ДГАЭ поливинилхлорида

Реологическое исследование сшитого пластифицированного поливинилхлорида.

Реологические свойства расплавов пластифицированного сшитого ПВХ исследованы на капиллярных вискозиметрах при температуре 160⁰С и градиенте скорости j=80⁻¹, длине капилляра 8 и 16 мм с постоянным диаметром 2 мм.

Используемая установка даёт возможность определить реологические характеристики по автоматической записи усилия от скорости истечения расплава полимера через фильеру определенного диаметра.

Развиваемые прибором большие нагрузки позволяют применить его для снятия реологических характеристик жесткоценных и сшитых полимеров.

Результаты измерения сопротивлений течения через канал фильеры одного и того же диаметра на разные длины показывают, что график сопротивления возрастает пропорционально увеличению длины канала – это свидетельствует об отсутствии проскальзывания материала по стенке канала. Экстраполяцией прямых до пересечения с осью ординат можно определить величину входового сопротивления фильеры ПВХ при заданной скорости течения.

По этим данным можно рассчитать эффективную вязкость по закону Пуазейля с учетом входового эффекта:

Где  Р – сопротивление течения через канал фильеры, (1) МПа;

Pвх – входовое сопротивление, МПа;

r - радиус канала, см;

l – длина канала, см;

η – эффективная вязкость в пуазах – 10;

 – объёмная скорость течения, см³/сек.

Напряжение на стенке при течении расплава через капилляр по радиусу r и длине l рассчитывается по формуле:

Градиент скорости для круглого цилиндра определяется по формуле:

где  w – скорость движения штока, см/сек;

R – радиус загрузочной камеры, см.

Тогда эффективная вязкость будет:

Для вычисления входового сопротивления использовали метод двух капилляров одного и того же диаметра, но разных длин. При увеличении скорости течения через канал сохраняется прямолинейная зависимость сопротивления от длины, увеличивается значение сопротивления и угол наклона к оси абсцисс. По результатам измерения входового сопротивления (Рвх) можно сказать, что с увеличением количества пластификатора в композиции наблюдается снижение входового сопротивления за счет увеличения подвижности надмолекулярных агломератов.

Комплекс свойства многокомпонентных полимерных систем существенно зависит не только от химической и физической природы компонентов, их концентрации, величины сил межмолекулярного взаимодействия между ними, влияющих на совместимость их механизмов модификации, но существенно от многих технологических факторов процесса переработки (температуры, давления, времени и др.), обуславливающих характер процессов формирования структурных образований.

Анализ значений эффективной вязкости, приведенных в таблице, подтверждает общую тенденцию снижения прочностных характеристик ПВХ-плёнок, снижения степени сшивки и повышения эластичности при изменении концентрации пластификатора в композиции. Изменение значения согласуется с результатами физико-механических и термо-механических исследований, а также значения гель-фракции. Увеличение количества гель-фракции свидетельствует о пустоте трёхмерной структуры сшитого ПВХ: естественно приводит к увеличению эффективной вязкости. 

Разработка композиции на основе ПВХ и ПЭ для приготовления скребков.

Работа по испытанию  и внедрению скребков из полимерных композиционных материалов, разработанных автором, проводились совместно с  Агропромом г. Имишла. Физико-механические показатели материала скребков (нормы) приведены в таблице 5.

В результате предварительной переработки композиционных материалов, отвечающих нормам (табл. 5), решено было использовать для исследований полимерную композицию, состоящую из полиэтилена или поливинилхлорида и введенными в них эластомерными добавками – хлоркарбоксилированный полиэтилен  (ХКПЭ) в пределах 6-12  м.ч.

Таблица  5.

Физико-механические показатели (нормы) материала для скребков элеваторных цепей комбайна

В результате приведенных двухсезонных испытаний скребков из указанных полимерных композиций в жестких условиях на уборке зерна и риса установлено, что износостойкость образцов из полиэтилена с добавками ХКПЭ превышает износостойкость образцов из стандартного полиэтилена более чем в 1,5 раза.

Опытные скребки из полиэтиленов и поливинилхлоридов с эластомерными добавками ХКПЭ показали значительно более высокую износостойкость по сравнению с серийными резиноформованными скребками: из полиэтилена – в 2 раза, а из поливинилхлорида – в 10 раз.

Таким образом, в результате замены элеваторных цепей с полимерными скребками достигается:

1. Снижение себестоимости в 2 раза;

2. Снижение веса на 1 машину 6 кг;

3. Экономия металла 600 т в год.

Список  литературы:

1. Беспалов Ю.А., Коноваленко Н.Г. Многокомпонентные системы на основе полимеров. –Л:1981.-88с.
2. Многокомпонентные полимерные системы. Под.ред. Р.Ф. Гопра. М., Химия, 1974. -328с.
3. Шыхалиев К.С., Балаев В.Г., Ханзариев С.А. Центратор для обсадных колонн. Нефть и газ., Баку: Изв. ВУЗов СССР. 1987, №11, с. 30-50
4. записки», АзИНЕФТЕХИМ, 1973, №8, с.84-87
5. Yusifov F.V.Shixaliyex K.S.Abdulla YEVA M.Y. Determination of optimal parameters of purification water surface from oil and products bu sorbent on the basis of    worn automobile tires European Science Review Austria, Vienna  7-8,2016 p.202-205
6. Shikaliyev K.S. Abdullayeva M.Y. Recearch of mineral filler influence on the properties of road-construction bitumen Science and world international scientific journal, Volgograd №5 (33), 2016, p. 120-124
7. Шыхалиев  Карам Сефи., Salimova Nigar A., Исследование совместимости полимеров, химических и других особенностей их смесей, Москва. 31.05.2017. ст 145-153
8. Шыхалиев  Карам Сефи.Модификация нефтяного битума с полимерными отходами (М онография) Точная наука ,Кемерово, 2017.46ст.
9. Шыхалиев  Карам Сефи. Получения  экологический чистый композиции на основе поливинилхлорида и бензилнафтенатном  эфиром полученный из Бакинский нефти. Dubai ,UAE,27 .04.2017,№5  .ст.46-48.
10. Shixaliyev  K.S ., MovlayevI.H.,Alibeyli A.I /Receing body resins on the basis of ethylene rubbers. European science review. № 5-6 ,  2017. Vienna,p. 97-102.
11. Shixaliyev  K.S.Exelolted thermoplastics  based compositions.  European science review.Scientific journal № 5-6 , 2017. Vienna,p.  89-94.
12. Шыхалиев  Карам Сефи. Композиции и изделия на основе поливинилхлорида. Сб .статей  X  Международного научно-практического конкурса. Пенза. 25 .07.2017. ст.19-25.
13. Шыхалиев  Карам Сефи, Амиров Фариз Али., Исследования процесса получения покрытый различного назначения на основе нефтяного битума. Инновационное развитие науки и образования.(монография).МЦНС, наука и просвещение, Пенза, 2017.-318 с
14. Amirov Fariz Ali., Shixaliyev Kerem Sefi., Obtaning and application of rubber mixtures based on isopeene(SRI-3) and functional grup polimers.Austrian Journal of Technical and Natural Sciences №3-4 Vienna .2017.  р.27-31.
15. Shixaliyev Kerem Sefi. Study on compatibility of chemicals and other characteristics of therir mixtures. European Journal of Technical and  Natural Sciences, ,№3. Vienna. 2017.р.41-46.