Пластикация. Поповских, ХЕБО-10-18, Пластикация. Минобрнауки россии федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

• Название: Минобрнауки россии федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
• Анкор: Пластикация
• Дата: 29.05.2021
• Размер: 1.83 Mb.
• Имя файла: Поповских, ХЕБО-10-18, Пластикация.docx
• Тип: Документы; #211424

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА - Российский технологический университет»

Институт тонких химических технологий имени М. В. Ломоносова

Отчёт по лабораторной работе №6

«Пластикация»

Студент группы	ХЕБО-10-18 ХТПЭ		Поповских Е.Г
	(учебная группа)		(Фамилия И.О. студента)

Москва – 2020

Введение

Пластикация – это процесс превращения пластических масс в расплав с целью облегчения их переработки в изделия. Пластикация происходит при повышении температуры материала в результате теплоотдачи от внешних нагревателей или выделения тепла вследствие трения.

Цель пластикации, осуществляемой на смесительном оборудовании или на специальных установках, - уменьшение высокоэластичной (обратимой) и увеличение пластичной (необратимой) деформации каучука. Эти изменения пластоэластичных свойств обусловлены снижением молекулярной массы каучука вследствие его механической или термоокислительной деструкции.

Пластикации подвергают главным образом каучук натуральный. При переработке каучуков, молекулярная масса которых регулируют в ходе синтеза (например, бутадиен-стирольных каучуков низкотемпературной полимеризации), необходимость пластикации, одной из наиболее трудо- и энергоёмких операций в производстве резины, исключается.

Без пластикации перерабатывают также стереорегулярные каучуки, синтезируемые на комплексных катализаторах (бутадиеновые каучуки, изопреновые каучуки).

Деструкция полимеров - разрушение макромолекул под действием тепла, кислорода, влаги, света, проникающей радиации, механических напряжений, биологических факторов (например, при воздействии микроорганизмов) и др.

В соответствии с фактором воздействия различают следующие виды деструкции полимеров: термическую, термоокислительную, фотохимическую, гидролитическую, радиационную и др. Обычно в полимере одновременно протекает несколько видов деструкционных процессов, например при переработке полимера в изделие — термическая, термоокислительная и механическая.

В результате деструкции уменьшается молярная масса полимера, изменяются его строение, физические и химические свойства, т. е. происходит его старение, и он часто становится непригодным для практического использования. Однако не всегда деструкция полимеров — отрицательное явление. Так, этот процесс используют при механосинтезе различных блок- и привитых сополимеров при пластикации каучуков, для получения из природных полимеров ценных низкомолекулярных веществ (например, глюкозы) и т.д. Изучение деструкции позволяет разработать научные основы и практические методы стабилизации полимеров.

Вальцо́вка (вальцева́ние) — технологическая операция деформирования листового материала (например, жести) вдоль некоторого направления или радиального деформирования трубы.

Вопросы теоритического характера:

1. 
   Как объясняется характер изменения вязкости для каждого полимера? (парный график)
   
2. 
   Как объясняется характер изменения модуля накопления для каждого полимера? (парный график)
   

Цель

Определить влияние продолжительности переработки полимера на смесительном оборудовании на его реологические характеристики.

Объекты исследования

• 
  БНКС (бутадиен-нитрильный каучук)
  

Молекулярно-массовые характеристики, физические и химические свойства:

Резины, содержащие активные наполнители, характеризуются высокими прочностными св-вами, износостойкостью, сопротивлением тепловому старению (табл. ниже). Бензо- и маслостойкость резин, а также многие другие их свойства улучшаются с увеличением содержания в бутадиен-нитрильных каучуках акрилонитрильных звеньев. При гидрировании бутадиен-нитрильных каучуков резко возрастает теплостойкость резин. (см. таблицу зависимостей процентного содержания акрилонитрильных звеньев)





В макромолекуле бутадиен-нитрильных каучуков большинство бутадиеновых звеньев присоединено в положениях 1,4 (около 80% этих звеньев имеют транс-конфигурацию), 10% - в положениях 1,2. Акрилонитрильные звенья распределены в макромолекуле нерегулярно; среднее их содержание для бутадиен-нитрильных каучуков различных типов составляет 17-52%. Вследствие нерегулярности строения бутадиен-нитрильные каучуки не склонны к кристаллизации.

Макромолекулы каучука характеризуются значительной длинноцепочечной разветвленностью.

По теплофизическим свойствам резины из бутадиен-нитрильных каучуков практически равноценны резинам из др. каучуков.

Газо- и водопроницаемость резин из бутадиен-нитрильных каучуков значительно ниже, чем резин из неполярных каучуков (изопреновых, бутадиеновых, бутадиен-стирольных). Газопроницаемость тем меньше, чем больше содержание в каучуке акрилонитрильных звеньев.

Механизм механодеструкции:

Стабилизация радикалов может происходить по-разному и комбинироваться они также могут по-разному

• 
  НК (натуральный каучук)
  

Молекулярно-массовые характеристики, физические и химические свойства:



НК характеризуется уникальным комплексом технических свойств: высокими клейкостью и когезионной прочностью резиновых смесей; эластичностью, прочностью и сопротивлением раздиру резин, в том числе ненаполненных и наполненных неактивными наполнителями, хорошими сопротивлением росту трещин, морозо- и износостойкостью, тягово-сцепными свойствами.

Нагревание очищенного НК в отсутствие света и О2 вызывает деструкцию и структурирование, приводит к уменьшению ненасыщенности и гелеобразованию. При температурах выше 280-300 °С наблюдается пиролиз.

Из-за низкой исходной пластичности (до 0,1-0,2) его пластицируют в резиносмесителях (при 100-150 °С), на вальцах (30-60 °С) и др. обычно до пластичности 0,25-0,50. Наиб, эффективна высокотемпературная пластикация НК в присутствии 0,3-0,5 маc. ч. ускорителей (производных тиофенолов, дисульфидов и др.)

Механизм механодеструкции:

Методика исследования

1. 
   Изначально разделяют 2 массы двух полимеров на 5 частей каждый вид полимера и 4 из них вальцуются: первая часть – эталон (без вальцевания), вторая – после 1 минуты вальцевания, третья – после 2 минут, четвертая – после 4 минут, пятая – после 6 минут.
   
2. 
   Почти 4 минуты (239 секунд) проводились опыты по определению модуля накопления и вязкости для каждого образца
   
3. 
   Для того, чтобы увидеть определенные закономерности в изменении характеристик образцов каждого полимера, составляются графики с несколькими образцами (эталон – 1 минута (вальцевания), эталон – 2 минуты и т.д), которые будут представлены ниже.
   
4. 
   На последней минуте опыта зафиксированы также модуль накопления и вязкость для каждого полимера и представлены для наглядности на одной диаграмме (для удобства нахождения зависимостей; также с результатами можно ознакомиться ниже)
   

Результаты и обработка данных

Ниже представлены графики зависимостей G' (модуля накопления) и вязкости от времени измерения для пяти образцов (левый и правый столбец соответственно), полученных при разной продолжительности вальцевания. Для каждого полимера из пары в отдельности.

• 
  БНКС
  

1 минута



2 минуты



4 минуты



6 минут

• 
  НК
  

1 минута



2 минуты



4 минуты



6 минут



Также ниже представлены значения модуля накопления и вязкости, достигаемых на 4-й минуте измерения, для каждого образца полимера с учетом времени вальцевания.

• 
  На графике слева представлена зависимость модуля накопления от продолжительности вальцевания для обоих исследованных полимеров.
  
• 
  На графике справа представлена зависимость вязкости от продолжительности вальцевания для обоих исследованных полимеров.
  

Результаты и их обсуждение

Какими должны быть резин обрабатывающие вальцы (данные характеристики могут помешать качественно провести опыт, если они не в идеальном состоянии, как описано ниже)

• 
  Работа всех подвижных соединений должна быть плавной (без заеданий) во всех диапазонах перемещений;
  
• 
  Смазка валковых подшипников вальцов осуществлена;
  
• 
  Твердость рабочей поверхности валков в норме;
  
• 
  Параметр шероховатости рабочей поверхности валков в норме;
  
• 
  Поверхности деталей или изделие в целом, подлежащее окраске, тщательно очищены от коррозии, окалины, сварочных брызг, формовочной земли, грязи, жировых и масляных пятен (за счет масла образцы могут проскальзывать сильнее);
  
• 
  Значения установленного ресурса до капитального ремонта и среднего времени восстановления соблюдаются (техосмотр произведен вовремя).
  

Объяснение характера изменения вязкости и модуля накопления для каждого полимера

Модуль накопления (G) показывает, сколько энергии накапливает полимер при заданной деформации, а затем возвращает при разгрузке.

Дольше вальцевание - больше процессов сшивания (разветвленности полимеров). Увеличение полярности, оцениваемой параметром растворимости (т. е. рост плотности флуктуационной сетки), приводит к повышению G и гистерезисных потерь. Поэтому неполярные гибкие полимеры характеризуются низкими потерями и теплообразованием при эксплуатации в неравновесных условиях многократных деформаций.

Вязкость

Механодеструкция приводит к снижению молекулярной массы полимера до определенной величины (предела механодеструкции). То есть механодеструкция способствует еще и выравниванию размеров молекул до этой величины молекулярной массы. Молекулы меньших размеров не подвергаются механодеструкции и учавствуют в простом механическом перемешивании. Снижается молекулярная масса – снижается и вязкость.

Это снижение особенно эффективно происходит при реакции образовавшихся полимерных макрорадикалов с низкомолекулярными акцепторами свободных радикалов, специально вводимых в полимерную матрицу или присутствующих в ней в виде примесей. Таким образом снижается вязкость полимера и облегчается его переработка на вальцах, в экструдерах, смесителях.

Исходя из графиков ваше, можно судить, что сетка натурального каучука гораздо более хрупкая, что ведет к резкому понижению модуля накопления (реже сетка – меньше модуль).

Нитрильные связи гораздо менее гибкие, чем у НК. Поэтому снижение молекулярной массы происходит гораздо тяжелее, чем у НК.

Выводы

1. 
   Вязкость и модуль накопления зависят от густоты сетки сшитого полимера;
   
2. 
   БНКС лучше сопротивляется механическим воздействиям в отличие от НК;
   
3. 
   Именно физико-химические характеристики полимера позволяют объяснить зависимости в данной лабораторной работе;
   
4. 
   Деструкция полимеров – это очень полезный процесс, который в настоящее время весьма востребован на различного рода производствах.
   
5. 
   
   

Список использованных источников

1. 
   https://plastinfo.ru/information/glossary/
   
2. 
   https://xumuk.ru/
   
3. 
   http://booksshare.net/index.php?id1=4&category=chem&author=tugov-ii&book=1989&page=113
   
4. 
   «Химия и физика полимеров» В.Н. Кулезнев, В.А. Шершнев
   
5. 
   «Структура и механические свойства полимеров» В.Е. Гуль, В.Н. Кулезнев