Determination of flow behavior index of polymer compositions

Abstract

Recipes of environmentally friendly polymer compositions with the determination of flow behavior index of a melt with help of an electronic viscometer are developed.

Full Text

Для расширения сырьевой базы производства пластических масс, снижения энергозатрат и уменьшения загрязнения окружающей среды важное значение имеет проблема вторичного использования полимеров и композиций на их основе. При этом необходимо проведение исследований особенностей строения и свойств полученных полимерных композиций, в частности, для повышения качества композиции и выбора методов его направленного модифицирования. Следует заметить, что двухкомпонентные полимерные композиты совмещают в одном материале различные физико-механические и теплофизические свойства. В связи с вышесказанным были проведены исследования по изучению ПТР (показатель текучести расплава) вторичного полимера с экологически чистыми наполнителями. Показатель текучести расплава полимерного материала - масса полимера в граммах, выдавливаемая через капилляр при определенной температуре и перепаде давления за 10 минут. Для определения величины показателя текучести расплава использовали капиллярный вискозиметр TWELVindex, представленый на рисунке 1. Значение показателя текучести расплава полимерной композиции определяет рациональный режим переработки - температуру, скорость вращения шнека, давление впрыска (в случае экструзии и литья). Перед получением полимерной продукции из композиционных материалов должна быть известна текучесть расплава. Высокая текучесть материала в процессе литья может привести к тому, что изделия будут иметь большой облой (расплав будет проникать в места стыковки частей формы по линии разъёма), а при переработке методом экструзии отрицательно влияют на пластикационную производительность, так как расплав образует большой обратный поток между материальным цилиндром и шнеком. При переработке материалов с низкой текучестью усложняется процесс формования изделия, что приводит к повышению энергозатрат. Их переработка требует повышения температуры, что в свою очередь уменьшает производительность за счет увеличения времени охлаждения готовых изделий. В качестве базового полимера использовали вторичный экструзионный полиэтилен низкого давления марки 273-79 с показателем текучести расплава при 190 ˚С и нагрузке 2,16 кг равным 0,11 г/10 минут. На основе этого полимера получали композиции с различными наполнителями: древесная мука, углеволокно, отходы производства базальтового волокна (базальтовая вата). Определение показателя текучести расплава производили автоматически волюметрическим (объемным) методом. Параметры исследования: - температура: 190 °С; - время резки выдавленного материала: 1 мин; - используемый груз: 2,16 кг; - наполнение тестовой камеры полимерным композиционным материалом: 5 - 8 г; - предварительный разогрев материала: 6 - 8 мин. Рисунок 1. Прибор для определения индекса текучести расплава пластических материалов В ходе эксперимента по определению индекса текучести расплава было получего по 10 наборов данных для каждой полимерной композиции. В таблице 1 представлены полученные экспериментальные данные эксперимента после математической обработки. Таблица 1 Показатель текучести расплава полимерных композиционных материалов № п/п Наименование Процентное содержание наполнителя 10% 20% 30% 1 Древесная мука 0,092 г/10 мин 0,0728 г/10 мин 0,0412 г/10 мин 2 Углеволокно 0,0758 г/10 мин 0,0619 г/10 мин 0,0443 г/10 мин 3 Базальтовая вата 0,0991 г/10 мин 0,092 г/10 мин 0,0889 г/10 мин Из полученных данных можно сделать выводы: 1. Наполнитель из базальтовой ваты даже при 30% добавлении несущественно понижает показатель текучести расплава, что позволяет использовать те же режимы переработки, что и при использовании только базового полимера. 2. При переработке полимерных композиций с большим содержанием древесной муки и углеволокна режим переработки требует изменений или добавления пластификаторов (с целью увеличения показателя текучести расплава). Рисунок 2. Показатель текучести расплава полимерных композиционных материалов: 1 - древесная мука; 2 - углеволокно; 3 - базальтовая вата Полученные показатели текучести полимерных композиций позволяют внести изменения на режимы переработки в получении качественных готовых изделий при минимальных энергозатратах.