Технологические добавки в процессах переработки полимерных композиционных материалов. Учебное пособие

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Технологические добавки в процессах переработки полимерных композиционных материалов. Учебное пособие.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 98 9 > Следующая >>>

зиновых смесей, а также методов переработки - каландрование, шпри-

Параметр

δ (МДж∙м-3)

Каучуки

Технологически

11,0

Полиуретаны

нитрильные каучуки

Полярные эфиры

10,0

Полихлоропрен,

чук, СКЭПТ

Низкомолекулярные

Нафтеновый

9,0

СКЭПТ

Парафиновый

Наименование

БСК

НК

СКЭПТ

ПХ

2 3 4

Вязкость, МL(1+4)100:

-Structol WB 16 (4 м.ч.)

124

цевание, формование. Из-за растущих требований, предъявляемых к качеству и эксплуатационным свойствам резиновых изделий, внедряются новые материалы, рецептуры и технологии производства резины. При этом разрабатываются новые промоторы, отвечающие требованиям рынка.

Таблица 4.8 Параметры растворимости каучуков и технологически активных добавок

растворимости

Бутадиен-

БСК, НК, Бутилкау-

активные добавки

Высокополярные эфиры

эфиры, Ароматический

Далее рассматривается пример использования технологически

активных добавок в решении некоторых проблем технологии производства и переработки резиновых смесей. В табл. 4.9 представлено влияние добавки Structol WB 16 на вязкость и заполнение спиральной формы резиновыми смесями на основе БСК, НК, СКЭПТ и полихлоропрена (ПХ).

Таблица 4.9 Влияние Structol WB 16 на вязкость и заполнение спи-

ральной формы резиновыми смесями

-контрольная

-Structol WB 16 (2 м.ч.)

89 74

72 57

148 134

79 71

Окончание табл. 4.9

2 3 4

Вес в спиральной форме, г:

-контрольная

-Structol WB 16 (4 м.ч.)

6,2

3,5

5,4

-Structol WB 16 (2 м.ч.)

4,4 4,0

4,5 5,3

2,7 3,1

4,3 4,5

Влияние Struktol WB16 на технологические свойства смесей

при экструзии (шприц-машина фирмы «Берсдорфф», скорость вращения шнека 40 мин

-1

) иллюстрируется на примере резиновой смеси

на основе СКЭПТ с минеральными наполнителями (табл. 4.10).

Введение STRUKTOL WB16 не только повышает производи-

тельность (+26%), но также улучшает качество поверхности экструдата (на примере профиля Гарвея). При этом свойства вулканизатов практически не изменяются.

Таблица 4.10 Влияние Structol WB 16 на технологические свойства резиновых смесей на основе СКЭПТ

Показатели Контрольная STRUKTOL WB 16

Скорость шприцевания, м/мин 13,5 18,5 (+37%)

Производительность, г/мин 1340 1690 ( +26%)

Градация качества экструдата по профилю Гарвея

Модуль 300 %, МПа 6,8 5,3

Прочность при разрыве, МПа 12,0 12,7

Удлинение при разрыве, % 540 570

Твердость по Шор А 70 68

3-2-4-3 3-3-4-4

Свойства вулканизатов

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Научно-исследовательская деятельность производителей сма-

зок сосредоточена на улучшении свойств материалов для обеспечения соответствия повышающимся требованиям к новым изделиям. Не ожидается, что в ближайшем будущем на рынке будут представлены совершенно новые группы смазок. За последние годы было разработано несколько реакционноспособных смазок, которые после химической реакции с основным полимером становятся стойкими к миграции или помутнению. Однако до сих пор они не нашли широкого применения в промышленности. Как было обсуждено ранее, некоторые проблемы со стабилизацией решаются при использовании смесей или комбинаций смазок и других добавок с помощью синергических эффектов. Поэтому во многих случаях рецептуры улучшаются и оптимизируются за счет использования существующих материалов в целях получения лучших и прежде всего более дешевых продуктов без разработки трудоемких и дорогостоящих новых химических веществ.

Спрос на конструкционные пластики на рынке возрастает,

способствуя более широкому применению высокоскоростного перерабатывающего оборудования. В результате поставщики смазок столкнутся с необходимостью увеличения температур переработки. Это означает, что качество представляется очень важной проблемой. Постоянные свойства, такие как высокая чистота и особенно летучесть смазок, являются самыми важными факторами. Требования к этим факторам, связанным с качеством, продолжают сужаться, вырисовывая явную тенденцию к сужению допусков и увеличению требований к точности.

Однако если смазки и другие добавки имеют высокое качество, то значения температур переработки могут быть увеличены, а также может быть повышена производительность оборудования. В то же время производители оборудования со своей стороны оптимизируют процессы переработки полимеров, например, за счет улучшения конструкции или за счет автоматизации управления процесса.

В табл. 5.1 представлен список торговых марок технологических добавок, используемых в настоящее время в промышленности. Названия продуктов являются зарегистрированными торговыми марками.

Символы, используемые для идентификации групп продуктов:

А – сложные эфиры жирных спиртов и дикарбоновых кислот;

В – сложные эфиры жирных кислот глицерина и других корот-

Торговое

A В С D E F G H I J К L M

Поставщик/

адрес

2 3 4 5 6 7 8 9 10

Abrilube,

x x x

Abril Industrial Waxes

http://www.abril.co.uk/

Armoslip,

Akzo Nobel Chemicals

http://www.akzonobel

.com/ Armowax

Intertite

x x x x x x x x x x

Akcros Chemicals

http://www.akcros.com/

HaroChem

Baerolub

x x x x x x x x x x x

Baerlocher

http://www.baerlocher.de/

Luwax

x x x

BASF

http://www.basf.com/

Naftolube

x x x x x x x x

Chemson PolymerAdditive

http:

www.chemson.com

Naftozin N

коцепных спиртов;

С – жирные кислоты;

D – амиды жирных кислот;

Е – соли металлов жирных кислот;

F – сложные эфиры олигомерных кислот (комплексные слож-

ные эфиры кислот);

G – сложные эфиры жирных спиртов и жирных кислот;

Н – монтановые кислоты, их сложные эфиры и мыла;

I – полярные полиолефиновые воски и их производные;

J – неполярные полиолефиновые воски;

К – природные и синтетические парафиновые воски;

L – фторполимеры;

М – смеси и комбинации смазок.

Таблица 5.1. Список торговых марок технологических добавок

название

Abriflo

Armid

Электронный

Продолжение табл. 5.1

2 3 4 5 6 7 8 9 10

Licowax

x x x

Clariant GmbH

http://www.clariant.com/

Licolub

x x x x x

Licomont

x x

Ceridust

x x x x x x

Lubriol

x x x x x x

Comiel/Morton International Group

Vestowax

x x x

Evonik http://www.evonik.com/)

Crodacid

CrodaOleochemicalshttp: //

Crodamide

Syncrolube

Dyneon

ver

Dyneon/3M

http

Epolene

x x

Westlake Chemical Corporation

http://www.epolene.com/

Stavinor

x x x x

Ceca

http s.com/

— x x x x Fad S.p.A.

http://www.faci.itЛ

Pelrac

x x x x

Ferro Corporation (h ttp://wwwferro. Com/)

Tegowax

Th. Goldschmidt AG

http://www.goldschmidtis .com/

Tegomer

9xx

Tegopren

Edenol

CognisOleochemicals http://

oleochemicals.com/

Loxiol

x x x x x x x x x x

Loxamid

x x

Leuna Polymer GmbH

http://www.infraleuna.de/

www.croda.com/

PTFE Mikropul-

waxes

LE-Wachs

://www.dyneon.com/

://www.cecachemical

www.cognis

окончание табл. 5.1

2 3 4 5 6 7 8 9 10

Acrawax

Lonza

http://www.lonza.com/

Lonza

http://www.lonza.com/

Glycolub

x x x

Givcostat

Glycosperse

Lonzest

Pegosperse

Polyaido

Oleon

http://www.oieon.com/

Radia

x x

Radiasurf

Radiastar

Radiacid

Ligalub

x x x x x x x

Peter GrevenFettcliemie GmbH

http://www.petergreven

De/

Realub

x x x x

Reagens

http://www.reagens.it/

Waxso

x x x x

SO.G.I.S. IndustriaChimica http://www.sogis.com/

Atmer

X x

CrodaOleochemicals http:/’/www. Uniqema. Com/

http://www.croda.com/

Esto! x x Prifrac

Priolube

Pristerene

Unislip

Uniwax

Marklube

X x x x x

Chemtura http:

www.chemtura. сom.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в представленном пособии рассмотрены основные тенденции, закономерности и эффекты применения смазок различной природы, используемых при переработке высокомолекулярных полимерных композиций. Следует отметить, что основная часть теоретической информации о закономерностях действия смазок была получена на основании исследований по использованию смазок при переработке жесткого ПВХ. Это, безусловно, наиболее широкая и массовая область применения смазок, и без использования тщательно подобранной системы смазок невозможна переработка данных композиций.

В первой главе рассмотрены основные технологические эффекты действия смазок, проведено их условное разделение по уровню совместимости с полимерной матрицей на внутренние и внешние смазки. Показано, что внутренние смазки в основном влияют на увеличение максимальной скорости течения расплава полимера внутри потока, в то время как внешние смазки влияют в основном на увеличение скорости течения расплава вблизи граничного слоя между расплавом и стенкой канала вплоть до образования так называемого пробкового режима течения расплава. Критерий выбора оптимальной смазывающей добавки для конкретной технологической ситуации в этом случае основывается на теории растворимости полимера. Кроме того, при выборе оптимальной смазки следует учитывать её концентрацию, поскольку от этого может зависеть конечный предел её растворимости в полимере. Поэтому изначально растворимые смазки, введенные в полимер в концентрациях выше предела растворимости, могут начать работать как внешние смазки. Определенное влияние на растворимость смазки в полимере также оказывает температура. Принимая во внимание довольно сложный характер зависимости эффективности смазок, предсказать характер взаимодействий их в полимере теоретически довольно сложно. Критерий отнесения смазок к категории внешних или внутренних основан на измерении точки помутнения при введении материала в ПВХ.

Довольно часто в композициях используют не индивидуальные смазки, а их комбинации, причем характер их совместного действия чаще всего неаддитивен. Возможны эффекты синергизма и антагонизма.

Важной характеристикой смазки является её полярность, которая определяет сродство не только с полярными макромолекулами, но и с наполнителями и армирующими веществами.

Внутренние смазывающие эффекты добавок обусловлены в основном изменением реологических процессов в полимерной матрице. Одним из наиболее важных эффектов действия внутренних смазок является уменьшение вязкости расплава полимера, поскольку возможности снижения вязкости с повышением температуры расплава ограничены верхним пределом термической стабильности полимера. Однако в этом случае важно принимать во внимание тот факт, что использование низкомолекулярных добавок, позволяющих эффективно снизить вязкость расплава полимера, также будет способствовать снижению уровня физико-механических свойств готового композита. Решением данной проблемы может стать использование высокомолекулярных добавок, а также снижение эффективной концентрации добавки в полимере.

Другим не менее важным эффектом внутренних смазок является уменьшение теплоотдачи при переработке полимерных композиций. Разогрев расплава полимера при переработке обусловлен частичным преобразованием механической энергии в тепловую и зависит от вязкости полимера. Причем простое снижение вязкости расплава полимера с помощью соответствующих добавок не всегда будет оптимальным решением, поскольку в ряде случаев (производство рукавной пленки, экструзия с выдувом) требуется высокая вязкость на стадии формования изделия. Решением проблемы может стать использование смазок на основе металлических мыл и эфиров монтановой кислоты, позволяющих сохранить высокую вязкость при низких скоростях сдвига (формование изделия) и эффективно снижать вязкость при высоких скоростях сдвига (переработка).

Поскольку внешние смазывающие эффекты обусловлены поведе-

нием полимера на границе раздела фаз (полимер-стенка цилиндра), можно выделить антиадгезионный эффект, эффект уменьшения трения и эффект предотвращения разрыва расплава.

Антиадгезионные смазки используются в основном для улучше-

ния процесса снятия полимерного расплава с поверхности формы оборудования за счет снижения адгезии расплава полимера к металлической поверхности. Основное требование, предъявляемое к антиадгезионным смазкам, – это хорошая смачиваемость металлической поверхности смазкой и хорошая совместимость с полимерной матрицей.

Внешние смазки, позволяющие снизить трение при переработке, используются в основном при переработке ПВХ для снижения разогрева и деструкции в зоне пластикации.

Отдельная группа внешних смазок способствует предотвращению разрыва расплава при переработке высокомолекулярных полиолефинов. Данный эффект проявляется при формовании изделий (в основном пленки) методом экструзии в виде так называемого эффекта «акульей шкуры» – появления на поверхности экструдата волнообразных дефектов поверхности. Данные дефекты появляются вследствие колебательного изменения между адгезией и проскальзыванием расплава полимера по стенке экструдера. В настоящее время для предотвращения разрыва расплава используют добавки на основе высокомолекулярных фторполимеров, которые также называют процессинговыми добавками и часто выделяют в отдельную группу, поскольку механизм их действия существенно отличается от механизма действия большинства добавок, относящихся к группе смазок, которые имеют, как правило, невысокую молекулярную массу и оказывают влияние на конечные свойства полимера.

Важным аспектом применения смазок является их влияние на поверхностные свойства готового изделия. Данный эффект с успехом применяется для облегчения съема изделий из формы в процессах литья под давлением. В этой группе добавок наиболее эффективными антиадгезионными агентами являются кремнийорганические вещества. Однако следует принимать во внимание, что остатки кремнийорганических смазок могут оставаться на поверхности отформованных пластмассовых изделий, уменьшая адгезию для последующих процессов сварки или окраски.

При производстве цветных суперконцентратов (мастербатчей) их красящая способность зависит от того, насколько хорошо порошкообразные пигменты диспергированы в матрице полимера. Порошкоообразные пигменты склонны к агломерированию при смешении в матрице полимера. Поверхностно-активные вещества смазок способствуют разрушению агломерированных частиц пигмента, а следовательно, и улучшению таких показателей, как красящая сила и перепад давления на фильере. Одним из наиболее важных аспектов хорошего диспергирования является способность смазки к смачиванию поверхности пигментов, что выступает главным критерием выбора оптимальной смазки для производства мастербатчей.

Во второй главе рассмотрено деление смазок в зависимости от их химической природы и активности. Основными факторами, по которым производится отнесение смазки к той или иной группе, являются их полярность, длина углеводородной цепочки, природа функциональных групп.

Важный аспект применения смазок заключается в анализе их токсикологического действия на организм человека и окружающую среду. Многие полимерные изделия, полученные с использованием смазок, применяются в пищевой и медицинской промышленности, поэтому наличие сертификатов пищевого допуска у производителей добавок является в этом случае обязательным условием. Проблема воздействия добавок на окружающую среду лежит в той же плоскости, что и проблема утилизации отслуживших свой срок пластиковых изделий, поскольку смазки являются одним из компонентов рецептуры полимерной композиции. С одной стороны, смазки не должны быть токсичными, то есть должны быть относительно инертными, а с другой – желательным их свойством является способность к бактериологическому разложению микроорганизмами. Токсичность различных групп веществ можно оценить действием на рыб, бактерии и беспозвоночные.

В третьей главе рассматриваются различные способы испытаний смазок. Условно методы испытания смазок можно разделить на две группы: оценка индивидуальных свойств смазок и оценка эффективности смазок при испытании их в полимерных композициях.

Для оценки свойств смазок применяются термоаналитические методы испытаний, такие как дифферициально-сканирующая калориметрия и термогравиметрический анализ. Определяются температура плавления, замерзания, начала термоокислительной деструкции, цветовые и химические характеристики.

Методы оценки эффективности смазок при испытании их поведения в расплаве термопластов включают различные методики оценки изменения свойств полимерной смеси. Одним из важнейших методов оценки является капиллярная визкозиметрия, позволяющая оценить такие важные реологические характеристик расплавов полимеров, содержащих смазки, как вязкость, критические скорости и напряжения сдвига, при которых начинают проявляться эффекты нерегулярного течения и срыва расплава, величина усадки и эластического восстановления экструдата. Капиллярная визкозиметрия сейчас является

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 98 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]