Влияние содержания 1,2-полибутадиена на свойства динамических термоэластопластов - Курсовая работа

Динамические термоэластопласты (ДТЭП) являются разновидностью термоэластопластов (ТЭП), представляющих собой полимерные композиционные материалы, совмещающие свойства резин при эксплуатации и свойства термопластов при переработке [1]. Динамические термоэластопласты получают путем смешения каучука с термопластом при одновременной вулканизации эластомера в процессе смешения - "метод динамической вулканизации". Динамическая вулканизация позволяет получать материалы с высокими физико-механическими свойствами, широким интервалом работоспособности, существенно меньшей стоимостью готовой продукции. Изменяя соотношение каучуков и термопластов, используемых для изготовления ДТЭП, можно варьировать свойства продукта от резины до пластика. Применение ДЭТП дает возможность создания полностью автоматизированного процесса производства, сокращения расходов энергозатрат, утилизации отходов, а также возможность многократной переработки материала без ухудшения свойств, что обеспечивает огромное снижение стоимости готовой продукции.Считается, что первые упоминания о смешанных системах пластика с каучуком датируются 1944 г., в работе R. A. Однако история возникновения нового класса полимерных материалов, сочетающих в себе свойства термопластов и сшитых эластомеров, началась в конце 1950-х годов с появления на рынке первых марок термопластичного полиуретана и стирол-бутадиенстирольных эластомеров. Примерно в это же время появился материал под маркой Кратон (Kraton) от компании “Shell Chemical” - ДТЭП на основе блоксополимера стирола. Динамически вулканизованные олефиновые ДТЭП были впервые описаны в [3] при получении ударопрочной композиции на основе смеси полипропилена (ПП) и полиизобутилена, содержащей различные количества частично-сшитого эластомера. Пионером же среди промышленных марок считается выпущенный в 1971 г. фирмой “Uniroyal" новый материал под маркой ТПР (TPR) - вулканизованный ДТЭП, полученный по новой технологии методом "динамической вулканизации" системы ПП СКЭПТ.Для получения ДТЭП применяют как периодические, так и непрерывные способы смешения. При непрерывном способе смешения используют одношнековые или двухшнековые смесительные машины с L/D> 40, сложной геометрией червяка и с большим количеством рабочих зон (загрузка, пластикация, смешение, дегазация, грануляция) (рис 1-1.). Проведение вулканизации эластомера в процессе смешения приводит к сильному газовыделению, поэтому смесительное оборудование должно быть оснащено мощной вытяжной вентиляцией. На рис.1.1 [5] приведена типичная пластограмма (зависимость крутящего момента на валу привода Мкр от времени смешения), получаемая в процессе смешения. Затем в процессе смешения вводятся вулканизующие агенты и происходит динамическая вулканизация, о чем свидетельствует повышение крутящего момента до Мкр2.Повысить совместимость в смесях полимеров можно различными приемами: выбором полимеров, характеризующихся способностью к повышенному межмолекулярному взаимодействию, увеличением степени совулканизации полимеров, введением добавок, способствующих совместимости, воздействием на смесь высокого давления в сочетании с повышенной скоростью сдвига. Однако существует общепринятое мнение, что для получения из смесей полимеров технических композиционных материалов с высоким комплексом свойств не обязательна их термодинамическая совместимость, а требуется создание высокодисперсной гетерогенной структуры "полимер в полимере". Коллоидная структура смесей полимеров может образоваться при диспергировании двух вязкоупругих несовместимых полимеров в процессе их смешения. Так, для смесей на основе ПП: СКЭПТ = 40: 60 предельные значения прочности и удлинения при растяжении возрастают с уменьшением размера доменов (рис.1.3) [8] Прочность при растяжении изменяется обратно пропорционально квадратному корню из суммы среднего диаметра частиц и константы, а энергия разрушения - обратно пропорционально сумме среднего диаметра частиц к константе.В зависимости от соотношения каучук-полиолефин можно получать ДТЭП с широким спектром свойств: от эластичных до ударопрочных. Это дает возможность уменьшить вес детали на 30% без ущерба для эксплуатационных свойств. Прочностные характеристики - прочность при разрыве, модуль при 100% удлинении, сопротивление раздиру - имеют достаточно высокие значения и зависят от типа материала. Относительные и остаточные удлинения при растяжении и сжатии представляют существенный скачок для термопластичных материалов. Относительные удлинения при разрыве имеют хорошие значения для всех сортов материала, значения остаточной деформации при сжатии и 100%-ном удлинении для мягких сортов ДТЭП делает их пригодными для многих областей применения, в которых до сих пор использовались лишь вулканизованные резины.Наличие в 1,2-полибутадиене ассиметричного атома приводит к возможности проявления оптической изомерии элементарных звеньев, конфигурации которых соответствуют изотактической и синдиотактической формам [22]. Полибутадиен с высоким сод

Оглавление

Введение

1. Литературный обзор

1.1 История ДТЭП

1.2 Получение термопластичных эластомеров методом динамической вулканизации

1.3 Структура ДТЭП

1.4 Физико-механические свойства ДТЭП

1.5 Физические свойства и микроструктура 1,2-полибутадиена

1.6 Особенности термического старения

1.7 Области применения ДТЭП

2. Объекты и методы исследования

2.1 Материалы

2.2 Оборудование

2.3 Методика приготовления образцов

2.3.1 Получение смесей эластомер-термопласт

2.3.2 Получение ДТЭП

2.4 Методы исследования

2.4.1 Определение густоты сетки методом равновесного набухания

2.4.2 Виброреомометрия

2.4.3 Определение показателя текучести расплава

2.4.4 Механические испытания

2.4.5 Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)

2.4.6 Расчет параметров растворимости

2.4.7 Искусственное старение

3. Экспериментальная часть и обсуждение результатов

3.1 Влияние матричного полимера на структуру и свойства смесей СКД-СР/ ПЭНД и СКД-СР/ ПП и ДТЭП на их основе

3.1.1 Влияние концентрации каучука на свойства механических смесей на основе смесей ПЭНД/СКД-СР

3.1.2 Влияние динамической вулканизации на свойства ДТЭП на основе смесей ПЭНД/СКД-СР

3.1.3 Влияние концентрации каучука на свойства механических смесей на основе смесей ПП/СКД-СР

3.1.4 Влияние динамической вулканизации на свойства ДТЭП на основе смесей ПП/СКД-СР

3.2 Влияние природы каучука на свойства ДТЭП

3.3 Старение ДТЭП на основе ПЭНД/СКЭПТ-712, ПЭНД/СКД-СР и ПП/СКД-СР, содержащих 40 % каучука

Заключение

Выводы

Список используемой литературы

Динамические термоэластопласты (ДТЭП) являются разновидностью термоэластопластов (ТЭП), представляющих собой полимерные композиционные материалы, совмещающие свойства резин при эксплуатации и свойства термопластов при переработке [1]. Таким образом, ДТЭП обладают характеристиками, как вулканизованных резин, так и конструктивными свойствами термопластов.

Динамические термоэластопласты получают путем смешения каучука с термопластом при одновременной вулканизации эластомера в процессе смешения - "метод динамической вулканизации". Получаемый материал характеризуется однородным распределением частиц каучуковой фазы в непрерывной матрице термопласта. Размер каучуковых частиц не превышает нескольких микронов. Содержание каучука в термопласте определяется рецептурой и может достигать 60-70 мас. % (ДТЭП).

Динамическая вулканизация позволяет получать материалы с высокими физико-механическими свойствами, широким интервалом работоспособности, существенно меньшей стоимостью готовой продукции. Указанным способом получают ДТЭП не только из полиолефинов, но и из других полимерных материалов.

Так, динамической вулканизацией смеси полиамида и галогенсодержащего сополимера изобутилена и п-метилстирола выпускают ДТЭП, из которого изготавливают герметизирующий слой шин или различные слои шлангов.

Благодаря своей относительно низкой стоимости и достаточно высокими эксплуатационными характеристиками, ДТЭП являются одним из самых перспективных классов полимерных композиционных материалов.

Совмещение каучуков с пластиками позволяет создать композиционные материалы с разнообразными свойствами, отличными от свойств исходных компонентов. Изменяя соотношение каучуков и термопластов, используемых для изготовления ДТЭП, можно варьировать свойства продукта от резины до пластика. Используя различные полимеры можно в широких пределах менять свойства материалов и создавать новые изделия с необходимым комплексом свойств.

Особые качества материала делают его стопроцентно пригодным для вторичной переработки. Легкость изготовления, широкие просторы для дизайна и эластичность ДТЭП дают очевидные преимущества: расширить ассортимент выпускаемой продукции и повысить ее долговечность [1].

В последние годы интенсивно развивается производство и применение динамических термоэластопластов. Применение ДЭТП дает возможность создания полностью автоматизированного процесса производства, сокращения расходов энергозатрат, утилизации отходов, а также возможность многократной переработки материала без ухудшения свойств, что обеспечивает огромное снижение стоимости готовой продукции.

В настоящее время ДТЭП является сырьем, завоевывающим мировой рынок с прогрессией 10-15% в год. Производством ДТЭП за рубежом занимаются более 20 ведущих фирм, которые выпускают порядка сорока различных типов этих материалов.

Как исходное сырье термоэластопласты по стоимости дороже каучуков. Однако затраты на переработку одного килограмма каучука намного выше, поскольку процесс переработки каучука в готовые изделия включает стадии смешения, формования и вулканизации, что требует высоких капитальных, энергетических и трудовых затрат.

Причем на каждой стадии переработки образуются отходы, которые трудно, а зачастую и невозможно повторно использовать. ДТЭП же перерабатывается практически в одну стадию без отходов производства и со значительно меньшими производственными затратами (исключается энергоемкая стадия вулканизации). термоэластопласт каучук вулканизация динамическая

Цель работы - исследование влияния концентрации 1,2-полибутадиенового каучука на деформационное поведение вулканизованных смесей на основе полиолефинов.