Модификация базальтопластиков на основе полиэтилена
Бредихин Павел Александрович, аспирант
Саратовский государственный университет имени Гагарина Ю.А.
Полиэтилен (ПЭ) обладает ценным комплексом свойств, обеспечивающих изделиям достаточно высокую прочность, стойкость к воздействию агрессивных сред и радиации, не токсичность, высокие диэлектрические показатели. В подавляющем большинстве случаев на практике даже тогда, когда это не вызвано технической необходимостью, применяются не наполненные полимеры, в частности "чистый" полиэтилен. Однако введение рационального количества минеральных и других наполнителей позволяет значительно улучшить комплекс физико-механических свойств полимеров, снизить их стоимость и расширить сырьевую базу.
Для получения полимерного композиционного материала (ПКМ) полиэтилен низкого давления (ПЭНД) наполняли разным количеством базальта с размером частиц ≤ 140 мкм. Как видно из табл.1, с повышением содержания базальта в ПКМ, текучесть композиции уменьшается, но вместе с тем композиции, наполненные базальтом можно перерабатывать методом литья под давлением.
Таблица 1
Изменение показателя текучести расплава композиции при 2000С
в зависимости от ее состава
|
Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ПЭ |
ПТР, г/10мин, при 5 кг |
|
ПЭНД |
16 |
|
ПЭНД+30базальта |
19 |
|
ПЭНД+40базальта |
23 |
|
ПЭНД+50базальта |
26 |
Как показали исследования (табл.2), наиболее лучшие показатели физико-химических и механических свойств наблюдаются при введении в ПЭНД 40 масс.ч. базальта.
Таблица 2
Сравнительные характеристики ПКМ на основе ПЭ и базальта
(размер частиц ≤ 140мкм)
|
Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ПЭ |
Изгибающее напряжение, МПа |
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа |
Ударная вязкость, кДж/м2 |
Твердость по Бринеллю, МПа |
|
ПЭНД |
17 |
28 |
3 |
60 |
|
ПЭНД+30масс.ч. базальта |
27 |
12 |
10 |
78 |
|
ПЭНД+40масс.ч. базальта |
28 |
14 |
13 |
82 |
|
ПЭНД+50масс.ч. базальта |
26 |
11 |
13 |
85 |
*- образцы без надреза не ломаются
Для направленного регулирования свойств материалов, при котором им придается определенный комплекс физико-механических характеристик, проведена модификация декабромдифенилоксидом (ДБДФО) ПКМ на основе полиэтилена наполненного 40 масс.ч. базальта.
Так как наполнение полимеров влияет на их вязкость и, соответственно, текучесть композиции, то изучен показатель текучести расплава. Из данных табл.3 видно, что предлагаемые композиции можно перерабатывать методом литья под давлением.
Таблица 3
Изменение показателя текучести расплава композиции в зависимости от ее состава
|
Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ПЭ |
Модификатор |
ПТР, г/10мин |
|
ПЭНД |
- |
16 |
|
ПЭНД+40базальта |
- |
23 |
|
ПЭНД+40базальта |
ДБФО |
24 |
Примечания: условия проведения испытаний: температура – (190±0,5) °С, нагрузка – 5 кгс.
Введение модифицирующей добавки повышает физико-механические свойства, по сравнению с не модифицированной композицией (табл. 4): изгибающее напряжение повышается на 30%, ударная вязкость – на 48 % и твердость по Бринеллю – на 21 %.
Таблица 4
Сравнительная характеристика модифицированных ДБФО базальтопластиков
|
Состав композиции, масс.ч., на 100 масс.ч. ПЭ |
Изгибающее напряжение, МПа |
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа |
Ударная вязкость*,кДж/м2 |
Твёрдость по Бринеллю, МПа |
|
ПЭНД |
17 |
28 |
3 |
60 |
|
ПЭНД+40 базальта |
28 |
14 |
13 |
82 |
|
ПЭНД+40 базальта |
42 |
27 |
25 |
105 |
Примечание: коэффициент вариации по свойствам составляет ~ 5-6 %; *- образцы испытаны с надрезом, **- образцы не разрушились.
Таким образом, в работе, изучено влияние базальта на физико-механические свойства ПКМ на основе ПЭ и дисперсного минерального наполнителя – базальта, который вводится в различном массовом соотношении в ПЭ. Наиболее высокие значения прочностных показателей наблюдаются при введении в ПЭ 40масс.ч. базальта с размеров частиц ≤ 140 мкм, а модификация базальта декабромдифенилоксидом позволяет еще в большей степени повысить физико-механические свойства разработанных базальтопластиков на основе полиэтилена.
