Поліефірна композиція

Корисна модель відноситься до хімічної галузі промисловості, де виробляють поліефірні композиції, які призначені для одержання литтєвих виробів конструкційного призначення. Відома термопластична литтєва композиція [а.с. СРСР №1054382, МПК С08L67/02, 1982р], що включає поліетилентерефталат (ПЕТФ), тальк 0,05-5,00%, продукт взаємодії диметилових ефірів орто- і терефталевих кислот, себацинової кислоти, етилен- і диетиленгліколя - 0,5-10,0%, скловолокно - 10-40%. Висока текучість і низька термостабільність розплаву композиції спричиняє невисокі механічні властивості композиційного матеріалу на її основі, та ускладнює вилучення виробу з форми. Відома термопластична формована композиція [а.с. СРСР №177667, МПК С08L67/02, 1992р.], що включає поліалкілентерефталат (ПЕТФ чи ПБТФ), в якості модифікатора епоксітрифенольну смолу ЕТФ та меламін і/або амідний віск, який вводився з метою зниження текучості розплаву, підвищення його термостабільності та полегшення вилучення виробів з литтєвої форми. В якості волокнистого наповнювача вводилося скловолокно. Склад композиції наступний, в мас. ч: поліалкілентерефталат (ПЕТФ чи ПБТФ) 100 епоксітрифенольна смола ЕТФ 0,5-1,0 меламін і/або амідний віск 0,025-0,35 скловолокно 30-40 Однак використання скловолокна як наповнювача не забезпечує достатнього підвищення механічних властивостей композиційних матеріалів на основі поліалкілентерефталату. Незважаючи на те, що скловолокна досить термостійкі, низька термостійкість полімерної матриці не дає їм можливості реалізувати свої властивості. Крім того, на сьогодні скловолокна досить дорогі, що обмежує області їх використання. Відома також поліефірна композиція [Вахтинськая Т.Н., Г уринович Л.Н., Андреева Т.И. Влияние волластонита на комплекс свойств полиамида-6 и полиэтилентерефталата // Пластические массы, 2004 №1, с.31-32], що включає відходи ПЕТФ та наповнювач. При цьому як наповнювач використовують волластоніт марки В-0,45 при вмісті 25%. Використання волластоніту як наповнювача відходів ПЕТФ підвищує рівень фізико-механічних властивостей полімеру в незначній мірі, а при подальшому збільшенні вмісту волластоніту в композиції ударна в'язкість зменшується і не відбувається значної зміни міцності при розриві. Також понижена молекулярна маса відходів ПЕТФ, значна текучість і невисока швидкість кристалізації композиції ускладнюють переробку композиційного матеріалу методом лиття під тиском. Крім того, використання волластоніту обмежене через порівняно високу вартість. В основу корисної моделі покладена задача створити таку поліефірну композицію, в якій шляхом введення нових компонентів та зміни її складу, забезпечилось би підвищення фізико-механічних характеристик отриманого на основі композиції матеріалу, полегшення його переробки та зниження собівартості композиції. Поставлена задача досягається тим, що поліефірна композиція, що включає відходи поліетилентерефталату та наповнювач, згідно з корисною моделлю, додатково містить діоксид титану, силіконову рідину П МС-40, реакційно-здатну добавку, а як наповнювач використовують базальтове волокно довжиною 1-3мм або базальтову луску, при цьому компоненти взяті в таких співвідношеннях, % мас.: відходи поліетилентерефталату 68-88,75 базальтове волокно або базальтова луска 10-30 діоксид титану ТіО 2 0,05-0,5 силіконова рідина ПМС-40 0,2-1 реакційноздатна добавка 0,5-1 Завдяки своїм унікальним властивостям використання базальтового волокна або базальтової луски в якості наповнювача відходів ПЕТФ дозволяє значно підвищити фізико-механічні властивості полімеру і створити принципово нові композиційні матеріали з покращеними характеристиками. Базальтове волокно та луска з базальту наявні в Україні у великій кількості і мають невисоку вартість в порівнянні з іншими наповнювачами поліетилентерефталату, тому введення їх в полімер дозволяє знизити собівартість композиції на основі відходів ПЕТФ. З метою підвищення молекулярної маси композитів, що позитивно позначається на механічних властивостях, під час переробки до складу композиції додають реакційно-здатну добавку, в результаті взаємодії якої з полімером проходять реакції подовження ланцюга або зшивання. Так як зростання молекулярної маси веде за собою зростання в'язкості розплаву, що є не завжди бажаним при переробці полімерного композиційного матеріалу методом лиття під тиском, в композицію вводять силіконову рідину ПМС-40, яка знижує ефективну в'язкість розплаву при постійному значенні молекулярної маси і виконує роль лубріканта. Діоксид титану ТiO 2, який служить нуклеатором, вводять в композицію для збільшення її швидкості кристалізації і спричиняє утворення малих кристалів, так як поява великих кристалів призводить до зниження ударної в'язкості композиційного матеріалу. Використання нуклеатора зменшує тривалість циклу лиття під тиском. Все це забезпечує підвищення фізико-механічних характеристик отриманого на основі композиції матеріалу, полегшення його переробки та зниження собівартості композиції. Для наповнення відходів ПЕТФ використовують базальтову луску дисперсністю 20-3000мкм або базальтове волокно діаметром 9мкм і довжиною 1-3мм. Використання волокна такої довжини пояснюється наступним: при введенні базальтового волокна довжиною менше 1мм не досягається бажаного ефекту армування полімерної матриці, а при використанні волокна довжиною більше 3мм під час одержання композиції відбувається його диспергування в екструзійному обладнанні і як наслідок можливе швидке зношення обладнання. Для одержання базальтового волокна потрібної довжини здійснюють подрібнення джгута базальтового технічного ЖБТН 0-330 (ТУ У 00292729.001-96) на відрізки довжиною 1, 2 та 3мм. Нарізане волокно просіюють та термообробляють при Т=150°С на протязі 2-3год. Базальтову луск у піддають аналогічній термообробці. Для полегшення суміщення полімеру з базальтовим наповнювачем та активації поверхні наповнювача базальтове волокно та луску при кімнатній температурі обробляють розчином гідроксиду калію (КОН). Можливі два варіанти обробки поверхні наповнювача: - базальтові наповнювачі зволожують 0,2-н розчином КОН у воді до вмісту розчину 10%. Одержану пастоподібну масу термообробляють при температурі 200°С на протязі 10-15хв. При цьому вода з розчину випаровується, а КОН ефективно покриває поверхню наповнювача. Після цього базальтові наповнювачі витримують на повітрі на протязі 2-3 діб, де КОН реагує з СО2 повітря з утворенням К2СО3. Процес обробки контролюють шляхом використання індикаторів лужного середовища; - базальтові наповнювачі обробляють 50% мас. розчином КОН при температурі 50-60°С на протязі 20-30хв. Потім промивають дистильованою водою та сушать до вмісту вологи 0,01-0,005% (мас) при температурі 150180°С. Процес обробки контролюють шляхом використання індикаторів лужного середовища. Технологічний процес одержання поліефірної композиції здійснюють на двочерв'ячному екструдері за наступною схемою: 1. Приготування полімеру та наповнювача до переробки та дозування відповідно з рецептурним складом. 2. Ме ханічне змішування ПЕТФ та базальтового наповнювача на змішувачі протягом 0,2-1год в залежності від довжини волокна. 3. Сушіння суміші ПЕТФ з базальтовим наповнювачем в при Т=140°С на протязі 5 годин при циркуляції зневодненого повітря з точкою роси 253К. 4. Приготування решти компонентів композиції до переробки та дозування відповідно з рецептурним складом. 5. Пластифікація, гомогенізація та екструдування композиції. 6. Охолодження стренг у водяній ванні. 7. Грануляція наповненої поліефірної композиції. 8. Усереднення одержаних гранул шля хом перемішування у закритій ємності на протязі 30хв. Введення силіконової рідини ПМС-40 в композицію можливе двома способами: додавання разом з іншими компонентами, або обробка гранул при усередненні. Склад композиційних матеріалів представлено таблиці 1. Таблиця 1 Рецептурний склад композиційних матеріалів Номер прикладу Компоненти 1 відходи ПЕТФ волластоніт марки В-0,45 базальтове волокно обробка волокна КОН базальтові луски діоксид титану ТіО 2 силіконова рідина ПМС-40 реакційноздатна добавка марки CESA-NEA0025531 78,8 20 0,2 0,5 0,5 2 3 4 5 6 7 Вміст компонентів, мас. % 78,8 88,8 78,8 68,8 93,75 62,8 10 20 30 5 35 + + + + + + 20 0,2 0,2 0,2 0,2 0,05 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,2 1 0,5 0,5 0,5 0,5 1 0,7 Прототип 75 25 Із гранулята наповненої композиції на основі вторинного ПЕТФ методом лиття під тиском на лабораторній литтєвій машині, на основі ЧП 20х25 з трьома зонами нагрівання (Т=270-285-275°С), за оптимальних умов виготовляють зразки у вигляді паличок розміром 4х6 мм і довжиною 100 мм, а також у вигляді паличок довжиною 100мм і діаметром 4мм. Температура форми 130°С, при тривалості витримки 5с. Механічні властивості композитів визначають згідно з стандартами для пластмас. Ме ханічні властивості базальтонаповнених композиційних матеріалів на основі відходів ПЕТФ представлено в таблиці 2. Таблиця 2 Ме ханічні властивості базальтонаповнених композиційних матеріалів на основі відходів ПЕТФ Властивості міцність при розриві, МПа відносне подовження, % ударна в'язкість по Шарпі, кДж/м 2 щільність, кг/м 3 1 66,6 1,4 87,6 1480 Приклади 2 3 4 5 6 97,0 100,7 112,5 115,3 46 1,3 1,15 0,95 0,33 0,2 85,7 86,2 93,6 95,8 54 1501 1444 1504 1524 1395 7 Прототип 81 55,7 0,15 7 76 31 1568 Як видно з таблиці 2 приклад 4 має оптимальні характеристики. Композиція знаходиться в заявлених межах (приклади 1-5), має високу межу міцності при розриві, що зростає з збільшенням вмісту наповнювача в композиції, і при використанні наповнювача, обробленого розчином КОН, досягає значень 97,0-115,3МПа, що в два рази перевищує цей показник для аналога; значно вищу (в три рази) ударну в'язкість по Шарпі (85,7-95,8), що в три рази більше, ніж в аналога; невисоке відносне подовження, що свідчить про значну жорсткість матеріалу. При зменшенні вмісту базальтового волокна всі механічні показники погіршуються (приклад 6). За умови збільшення вмісту базальтового наповнювача в композиції (приклад 7) спостерігається уповільнення зростання механічних характеристик та їх зменшення в порівнянні з прикладами 1-5. Крім того, при збільшенні ступеня наповнення композиції зростає щільність композиційного матеріалу, що є небажаним для споживача.