|
|
Технологические особенности создания рулонных кровельных материалов на основе базальтовых наполнителей и полиэтиленовых пленок
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
установление закономерностей и параметров технологии армирования полиэтиленовых пленок (ПЭ) базальтовой тканью (БТ) методом каландрования;
изучение современными методами исследования механизма взаимодейст- вия и структуры ПКМ в системе полимерная матрица – базальтовая ткань ;
определение физико-химических и механических характеристик немоди- фицированных и модифицированных ПКМ на основе БТ и пленок из первично- го и вторичного ПЭ.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые доказана целе- сообразность и эффективность формования рулонированного ПКМ на основе БТ и ПЭ пленок методом каландрования и установлено :
установлен механизм взаимодействия в системе ПЭ-БТ, выразившийся в образовании водородных связей между кислородом базальтового волокна и во- дородом ПЭ ;
доказано повышение степени кристалличности сформированного ПКМ с 54 до 66% за счет повышения подвижности структурных образований при воз- действии температур ;
определено увеличение термостойкости (на 20-300С) ПКМ на основе мо- дифицированной отжигом БТ ;
показана возможность регулирования свойств рулонированного БП раз- личными способами модификации.
Практическая значимость работы состоит в получении рулонного мате- риала на основе БТ и ПЭ пленок, который может быть рекомендован в качестве кровельного и гидроизоляционного материала в строительстве, сельском хозяй- стве, при строительстве дорог и т.д. и изучены свойства ПКМ на основе БТ и пленок из первичного и вторичного ПЭ.
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР Полиэтиленовые пленки
Промышленность полиолефинов в нашей стране является самой крупной и по объему производства занимает ведущее место среди других пластических масс [1]. Благодаря доступности сырья, сочетанию ценных свойств со сравни- тельно низкими затратами на его получение полиэтилен по объему производст- ва занимает среди пластмасс первое место [2,3].
Полиэтилен (ПЭ) - полимер этилена :
СН2-СН2
В зависимости от условий полимеризации получают марки ПЭ, различаю- щиеся по разветвлённости или по содержанию сомономера, вводимого для ре- гулирования степени кристалличности.
Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) получают радикальной полимери- зацией в присутствии кислорода и инициаторов (пероксидных соединений) при температуре 200-300°С и давлении 100-350 МПа.
Марочный состав определяется способом получения, плотностью (от 910 до 935 кг/м3) и показателем текучести расплава ПТР (от 0,3 до 20 г/10 мин). Комплекс свойств ПЭНП определяется разветвлённой структурой его макро- молекул (15-25 ответвлений на 1000 атомов углерода цепи). Короткие боковые ответвления в ПЭВД – метильные, этильные и бутильные группы. В ПЭ может содержаться очень незначительное число группы – ОН. Молекулярная масса М = 30 50 тыс. ПЭНП выпускается стабилизированным в виде гранул, реже - в виде порошка.
ПЭНП способен кристаллизоваться. Наличие разветвлений ограничивает степень кристалличности (40-60%). Температура плавления составляет 108- 110°С. Высокая скорость кристаллизации обеспечивает величину степени кри- сталличности и, следовательно, свойства ПЭ мало зависящими от режима ох- лаждения. Температура деструкции - 320 °С. При перегреве возможно сшива- ние ПЭ, приводящее к образованию «геликов».
ПЭ является неполярным полимером. При 20°С вследствие кристаллично- сти он не растворяется в известных органических растворителях ; при нагрева- нии выше 80°С растворяется в ароматических растворителях. Стоек к кислотам и щелочам, не стоек к сильным окислителям.
ПЭНП относят к термопластам общетехнического назначения. Он отлича- ется сравнительной дешевизной и технологичностью, морозостоек, сохраняет эластичность до -70°С, обладает высокой химической стойкостью, что позволя- ет использовать его в изготовлении тары для агрессивных жидкостей ; имеет низкое водопоглощение. ПЭ инертен к физиологическим средам и пищевым продуктам, кроме жиров. Он является прекрасным электроизоляционным мате- риалом и используется для низко- и высокочастотной изоляции [4].
ПЭНП может сшиваться при воздействии ионизирующих излучений. Ниже приведены некоторые характеристики ПЭНП :
р, МПа............... 12-16 Тм,°С 50
р, %................... 150-600 ρv,Oмм 1016
Тв,°С.......................80-100 tgδ(при l06 Гц) (22,5) 10-4
(здесь Тв - теплостойкость по Вика, Тм - теплостойкость по Мартенсу).
К недостаткам этого полимера следует отнести низкие предельные темпера- туры эксплуатации (невозможность термической стерилизации), сравнительно высокую газопроницаемость и низкую маслостойкость. Он не стоек к УФ- излучению, имеет низкие прочностные характеристики и твёрдость, отличается способностью накопления электростатических зарядов.
ПЭНП перерабатывается всеми основными методами, используемыми для термопластов, не склеивается без специальной обработки поверхности, но хо- рошо сваривается [4].
Структура потребления ПЭНП показывает, что наибольшее потребление наблюдается в производстве пленок и пленочных изделий – около 50% объема рынка, для изготовления кабелей потребляется порядка 17%, для производства
изделий экструзией с раздувом – 13%, литьевых изделий - 11%, листовой про- дукции – 3%, другие области потребления составляют 3% [5].
Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) получают полимеризацией на ка- тализаторах типа Циглера-Натта, протекающей по ионно-координационному механизму при 80°С и давлении 0,3-0,5 МПа в суспензии или газовой фазе. Плотность изменяется от 945 до 955 кг/м3, а ПТР - от 0,1 до 17 г/10 мин. Вы- пускается стабилизированным в виде гранул или порошка.
Способ полимеризации обуславливает малую разветвлённость ПЭВП (ко- личество ответвлений на 1000 атомов углерода составляет 3-6). Молекулярная масса = 50 - 3500 тыс., однако, обычно значение молекулярной массы не пре- вышает 800 тыс. При молекулярной массе > 2 млн. ПЭ хотя и имеет хороший комплекс свойств, но практически теряет текучесть (высокомолекулярный по- лиэтилен). Предел прочности при растяжении превышает 40 МПа.
Низкая разветвлённость приводит к высокой степени кристалличности, ко- торая составляет 70-80%, а температура плавления равна 120 - 125°С. ПЭВП обладает большой стойкостью к растворителям, чем ПЭНП, растворяется при повышенной температуре в ароматических растворителях и их галогенопроиз- водных. Стоек к кислотам и щелочам, не стоек к сильным окислителям.
Вследствие более высокой степени кристалличности ПЭВП имеет более высокие прочностные показатели : теплостойкость, жёсткость и твёрдость. Он имеет высокую морозостойкость, химическую и радиационную стойкость. На- личие остатков катализаторов не позволяет использовать его в контакте с пи- щевыми продуктами (требуется отмывка от катализаторов). Несколько хуже, чем у ПЭНП (из-за остатков катализаторов), высокочастотные электрические характеристики, однако это не ограничивает применение ПЭВП в качестве электроизоляционного материала. Ниже приведены некоторые характеристики ПЭВП:
р,, МПа...............22-30 Тв, °С 110-120
и, МПа................20-35 Тм, °С 100
εр, %......................300-800 ρv,Oмм 1016
tgδ (при 106 Гц)..............(25) . 10-4
ПЭВП перерабатывается в изделия всеми основными методами, наиболее часто - литьём под давлением. Хорошо сваривается [4].
В структуре потребления ПЭВП для производства труб - 39% общего объема, производство изделий экструзией с раздувом – 25%, производство пле- нок и пленочных изделий -19%, литьевых изделий -12%, листовой продукции – 3%, другие области потребления – 2% [5].
Полиэтилен среднего давления (высокой плотности) — ПЭСД — получа- ют полимеризацией в растворителе в присутствии оксидов Со, Мо, V при 130- 170°С и давлении 3,5 - 4 МПа.
Разветвлённость ПЭСД - менее 3 на 1000 атомов углерода основной цепи. Молекулярная масса = 70 - 400 тыс. Линейный ПЭСД имеет ещё больше, чем у ПЭВП, значение плотности (от 950 до 976 кг/м3) и высокую температуру плав- ления (от 128 до 132°С), ПТР - от 0,3 до20 г/10 мин.
По большинству эксплуатационных и технологических свойств он близок к ПЭВП, однако, большая упорядоченность надмолекулярной структуры делает его более прочным, жёстким и теплостойким. Вот его некоторые характеристи- ки:
р, МПа.................20-40 ρv, Омм 1016
εр, %......................200-1000 tgδ(пpиl016Гц). (24) 1014
При сополимеризации этилена с наибольшими количествами α-олефинов- пропилена, бутилена и др. [0,2-3 % (мол.)] - можно получать линейные поли- этилены средней (930-940 кг/м3 ) и низкой (менее 937кг/м3 ) плотности (ПЭСП и ЛПЭНП) с регулируемыми в широких пределах разветвлённостью и молеку- лярной массой. Эти модификации ПЭ в настоящее время получают всё более широкое применение, так как совмещают положительные качества ПЭНП и
ПЭВП. Так, пленка из ЛПЭНП, сохраняя эластичность, характерную для пле- нок из ПЭНП, имеет большую прозрачность. Экструзионные плёнки, изготов- ленные из ПЭСП, по внешнему виду подобны бумаге (шерохоратость, мут- ность), а прочностные характеристики их такие же, как у плёнок из ПЭВП, од- нако, они более эластичны [4].
|
|
|
Скачать 1.02 Mb.