книги из ГПНТБ / Князев, В. К. Облученный полиэтилен в технике

куумплотной облицовки крупногабаритных конструкций, прокладочно-набивочных изделий, антифрикционных по­ крытий скользящих поверхностей и т. д. При использо­ вании данного материала в качестве антикоррозионной защиты, облицовки или антифрикционной плакировки поверхностей его наклеивают или напрессовывают на поверхность конструкций с облученной стороны, которой при радиационной модификации придана высокая адге­ зионная активность. Другая сторона материала при этом сохраняет способность свариваться.

Ниже приведены показатели свойств высокочастотно­ го и герметизирующего армированного пленочного ма­ териала АСП М на основе облученного полиэтилена:

Материалы типа «стекропласт» представляют собой либо листовой армированный стеклянной тканью и облу­ ченный полиэтилен (Л ), либо пресс-материал, наполнен­ ный стекловолокном (С), который после прессования подвергается облучению.

Весьма ценными свойствами обладают высокочастот­ ные материалы («раполон» и др.), полученные методами радиационной полимеризации [406, 407].

Порошкообразный полиэтилен полимеризуют радиа­ ционным методом при дозе ІО5 рад [407]. Продукт имеет молекулярный вес 30 000, плотность 0,93 г/см3 и средний диаметр частиц 150 мкм. По данным ИК-спектроскопии в спектрах этого материала отсутствуют полосы, соот­ ветствующие связям —С = С —, а содержание СНз-групп не превышает 0,3. Молекулярный вес радиационно-поли- меризованного полиэтилена может достигать 80 000 и бо­ лее. Этот материал обладает более высокой плотностью (0,945—0,975 г/см3) и повышенной кристалличностью по

141

ГЛА ВА III

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕРАБОТКИ ОБЛУЧЕННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЛУЧЕННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА НА ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

Технологическими особенностями получения облучен­ ного полиэтилена в значительной мере определяются технические характеристики производимых на его основе изделий.

Формирование свойств многокомпонентных материа­ лов, модифицируемых облучением, начинается уже на стадиях выбора и введения в исходный полимер необхо­ димых компонентов. Переработка полиэтиленовых мате­ риалов в изделия различными методами и возможная обработка их разными способами (например, термообра­ ботка, ориентация) на стадиях, предшествующих радиа­ ционному модифицированию, обусловливают получение материалов, значительно отличающихся по своим свой­ ствам после облучения.

Изменяя поглощенную дозу излучения, ее мощность, состав и давление окружающей среды, температуру об­ лучения, а также применяя послерадиационный отжиг, можно получить множество самых разнообразных мате­ риалов.

Приведенные ниже данные показывают, что конечные результаты радиационного модифицирования полиэтиле­ на существенно зависят от последовательности техноло­ гических операций в процессе производства изделий.

Предрадиационная технологическая обработка полиэтилена

Систематизированные данные о влиянии особенностей получения многокомпонентных материалов, методов и режимов их переработки в изделия на характеристики после облучения немногочисленны, но они представляют большой научный и практический интерес.

143

шнековом смесителе* и по­ следующее вальцевание

* Смешение в расплаве полимера.

Приведенные в табл. 41 и 42 данные иллюстрируют влияние технологии введения термостабилизаторов и на­ полнителей на свойства полиэтилена, предназначенного для дальнейшего радиационного модифицирования. Исследуемый полиэтилен высокой плотности (среднего

144

шнековом смесителе. Скорость растяжения образцов при испытаниях составляла 50 мм/мин. Из табл. 41 видно, что при высокой однородности распределения термоста­ билизатора в полимере, достигнутой увеличением про­ должительности смешения в расплаве, может происхо­ дить значительное изменение физико-механических по­ казателей материала еще до его облучения. Аналогичная картина наблюдается и для наполненного полиэтилена. В результате введения в полиэтилен высокой плотности с теми же характеристиками, что и в предыдущем слу­ чае, 20 вес. % молотого очищенного кварца, могут быть получены существенно различающиеся по свойствам ком­ позиции.

Другим важнейшим фактором, влияющим на свойст­ ва исходного и облученного материала, является метод его переработки в изделия.

Очень ценным качеством полиэтилена является его способность перерабатываться практически всеми изве­ стными методами, что выгодно отличает этот полимер от большинства других материалов [416]. В зависимости от объема производства, конфигурации и геометрических характеристик изделий они могут быть получены литьем под давлением, прессованием, экструзией, спеканием, вакуумным и пневматическим формованием, выдувани­ ем и т. д.

Сравнительные данные для образцов из полиэтилена высокой плотности (среднего давления), полученных прессованием и литьем под давлением, приведены в табл. 43. Как следует из приведенной таблицы, сформо­ ванные образцы при облучении в одинаковых условиях изменяют свойства в разной степени. Наилучшие пока­ затели получаются при переработке полимера литьем под давлением.

Результаты определения диэлектрических свойств при ІО6 Гц для образцов полиэтилена высокой плотности марки П-6040 показывают, что экструдированный и прес­ сованный материалы после облучения существенно раз­ личаются по своим характеристикам (табл. 44). Влияние некоторых параметров технологического процесса литья под давлением на радиационные изменения физико-ме-

Т а б л и ц а 43. Влияние метода переработки полиэтилена высокой плотности марки П-6040 на изменение его физико-механических свойств после облучения на воздухе

*Разрушается в зажимах разрывной машины.

Та б л и ц а 44. Влияние метода переработки полиэтилена высокой плотности марки П-6040 на изменение

его диэлектрических характеристик после облучения на воздухе

ханических и электрофизических свойств изделий из по­ лиэтилена высокой плотности рассмотрено в работе

[417].

Различия в поведении образцов материала, получен­ ных при разных режимах литья под давлением (темпе­ ратура расплава при инжекции 170—210 °С, время вы­

146

держки под давлением в пресс-форме 10—20 с) свиде­ тельствуют о значительном влиянии принятого режима литьевого формования изделий на приобретаемые ими в процессе облучения свойства, причем для полиэтилена высокой плотности в интервале поглощенных доз от 10 до 50 Мрад получаются разные результаты.

Относительные изменения разрушающего напряжения при растяжении в значительной степени зависят от тем­ пературы расплава полиэтилена при инжекции его в форму. Максимальные изменения данного свойства (воз­ растание на 25%) соответствуют наименьшим значениям температуры литья (170°С).

Наибольшее возрастание прочности облученного по­ лиэтилена соответствует наименьшим значениям време­ ни его выдержки в пресс-форме под давлением (10 с). Этот параметр влияет также и на диэлектрические свой­ ства полиэтилена после облучения. При необходимости сохранения диэлектрических свойств полиэтилена после облучения на исходном уровне предпочтение должно быть отдано режиму с минимальной выдержкой под давлением.

Анализ результатов показывает, что одно и то же упрочнение материала при облучении может быть полу­ чено при значительно меньших дозах (примерно в 2 ра­ за), если при этом изготовление изделий осуществляется по оптимальному режиму. Одновременно с этим обеспе­ чивается и минимальное изменение диэлектрических свойств полиэтилена при облучении его на воздухе, т. е. достигается наиболее удачное сочетание свойств при ми­ нимальных затратах на радиационную обработку.

Структура, формируемая в полиэтилене при различ­ ных методах и режимах его переработки в изделия, ока­ зывает влияние и на характер изменений теплофизиче­ ских свойств полимера при облучении.

Облучение образцов полиэтилена высокой плотности, полученных литьем под давлением при температуре расплава 230 °С и времени выдержки в пресс-форме под давлением 10, 15 и 20 с, показало, что чем меньше это время, тем при более низких температурах наблюдается сближение коэффициентов теплопроводности исходного и облученного полимеров и тем меньше различия между значениями показателя во всем интервале исследован­ ных температур. При уменьшении времени выдержки

иод давлением коэффициент теплопроводности как ис­ ходного, так и облученного полиэтилена уменьшается.

Прессование образцов при 180 °С уменьшает разницу между теплопроводностью исходного и облученного по­ лимеров при температуре до 50°С, однако при дальней­ шем повышении температуры большее сближение коэф­ фициентов теплопроводности наблюдается для литых

образцов.

Теплопроводность образцов, полученных вальцевани­ ем в течение 3 мин как в исходном состоянии, так и по­ сле облучения меньше, чем теплопроводность литых и прессованных образцов. При увеличении времени валь­ цевания до 8 ч теплопроводность исходного и облучен­ ного полиэтилена возрастает.

* Температура расплава на выходе из сопла 230 °С, давление 375 кгс/см2.

Данные, приведенные в табл. 45, показывают, что ме­ тод переработки оказывает существенное влияние на

148

теплопроводность облученного полиэтилена до 80—90 °С. Отличительной особенностью переработки полимеров литьем под давлением, экструзией, вакуум-формованием, экструзией с раздувом и некоторыми другими методами является получение изделий, в которых ориентация мак­ ромолекул обусловливает анизотропию свойств материа­ лов и, в частности, различие их физико-механических по­ казателей в зависимости от направления растягивающих

усилий.

Выяснению влияния ориентации на свойства облучен­ ного полиэтилена посвящены работы [418—421]- При изучении влияния ориентации на эффективность радиа­ ционного модифицирования полиэтилена высокой плот­ ности показано [421], что при температурах облучения до 70 °С сшивание протекает более интенсивно в неориен­ тированных образцах. При 70—100 °С заметных разли­ чий в ориентированных и неориентированных образцах не обнаружено. Однако при более высоких температурах облучения эффективность сшивания ориентированного полимера возрастает и превышает степень сшивания не­ ориентированных образцов. Таким образом, при умерен­ ных температурах облучения ориентация полиэтилена снижает эффективность его сшивания. Это подтвержда­ ют экспериментальные данные, полученные при испыта­ ниях литых и экструдированных листовых и пленочных материалов (табл. 46—50).

Результаты, приведенные в табл. 46, иллюстрируют влияние ориентационных эффектов в пластинах полиэти­ лена высокой плотности, полученных методом литья под давлением, на прочность при различных температурах испытаний (20— 100 °С) после облучения до доз 50— 200 Мрад. Облучение пластин толщиной 5 мм проводи­ лось у-лучами при мощности дозы 400 рад/с на воздухе при комнатной температуре.

Анизотропия исходных свойств рукавной полиэтиле­ новой пленки, обусловленная различной степенью ориен­ тации макромолекул в разных направлениях, сохраняет­ ся и после воздействия излучения (табл. 47, 48), причем эффективность радиационной обработки определяется взаимным направлением ориентации и приложения на­ грузки-

Ориентационные эффекты обусловливают более высо­ кую прочность при растяжении и меньшее относительное

149