РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВТОРИЧНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА, НАПОЛНЕННОГО МЕЛОМ

.

 

Н.Н. Тугашев – студент ХТФ, ХП-061,

М.С. Жеребненко – студент ХТФ, ХП-061,

Е.С. Булочникова – студент ХТФ, ХП-061.

Рук. Т.Н. Теряева− к.т.н., доцент; О.В. Касьянова − к.т.н., доцент

 

Использование новых видов минеральных наполнителей с одной стороны позволяет расширить базу для получения изделий из вторичного полимерного сырья (ВПС), а с другой – требует исследования свойств получаемых композиций, оценки влияния нового наполнителя на поведение (ВПС) в процессе переработки.

Исследование реологических характеристик необходимо для определения метода и основных параметров (температуры, давления) переработки ВПС, а также для конструктивного и прочностного расчета оборудования.

Цель данной работы: изучить влияние минерального наполнителя, а также его содержание, на реологические свойства вторичного полиэтилена наполненного мелом.

Объектами исследования  явились полимерные композиционные материалы (ПКМ), полученные на основе полиэтилена вторичного агломерированного (ВПЭ)  − ТУ 63.178-74-88 (ОАО «Полимер», г. Кемерово) и мела (плотность – 2600−2900 кг/м3, насыпная плотность – 970 кг/м3, форма частиц – зернистая, Твердость по Моосу – 3).  Содержание наполнителя в композициях составляло 1% и 3% (масс). Смешение ВПЭ с мелом проводили на лабораторном экструдере фирмы «Брабендер» с последующей грануляцией, диаметр червяка − 19 мм, длина червяка – L=20D. Параметры экструзии: температура по зонам экструдера Т1=150°C, Т2=200 °C, Т3 = 200°C; частота вращения шнека – 26 об/мин.  Реологические исследования ВПЭ с минеральным наполнителем выполняли на капиллярном грузовом вискозиметре типа ИИРТ-М, при температуре экструзионной камеры 170±3°С и 180±3°С, диаметре капилляров 2,09· 10-3 м, длине капилляров l1=8,3 · 10-3м и l2=25,4· 10-3м.

Полную информацию о поведении расплава ВПЭ с минеральным наполнителем можно получить исходя из кривой течения полимера представленной на рис.1.

 

 

 

  

а                                                         б

Рис.1.   Кривые течения композиций ВПЭ, наполненного мелом:

а − при 170°С; б − при 180°С.

 

Обработка результатов эксперимента показала, что течение ВПЭ в исследованном диапазоне скоростей сдвига с достаточной точностью аппроксимируется степенным законом:

t = kγn                                                                                                     (1)

где t – напряжение, Па; g – скорость сдвига, с–1; k – коэффициент консистенции; n – индекс течения.

По кривым течения (рис.1.) для композиций различного состава, были определены индексы течения (n) степенного реологического уравнения, результаты  представлены в табл.

Зависимость индекса течения степенного уравнения

от температуры и содержания мела в ПКМ на основе ВПЭ с мелом

Содержание мела, %

0

1

3

Индекс течения

    170°С

0,47

0,79

0,65

    180°С

0,86

0,92

0,95

 

Анализ полученных экспериментальных данных (рис.1. и табл.) показал, что исследуемый ненаполненный ВПЭ и композиции на его основе относятся к  неньютоновским жидкостям – псевдопластикам (n<1) [1]. На поведение расплава наполненного ВПЭ влияет как температура, так и содержание наполнителя. В целом (см. табл.) с увеличением содержания наполнителя  в ПКМ на основе ВПЭ индекс течения nв изучаемом диапазоне наполнения повышается (аномалия вязкого течения уменьшается), по сравнению с ненаполненным ВПЭ. Так при Т=170°С  и содержании наполнителя 3 % n возрос на 37 % по сравнению с ненаполненным ВПЭ, при Т=180°С  n увеличился на 11 %.

 Между тем, необходимо отметить, что влияние температуры и содержания наполнителя в ПКМ на основе ВПЭ на реологическое поведение  не однозначно. Так  при 180°С  с увеличение содержания наполнителя n монотонно возрастает по сравнению с ненаполненным ВПЭ.  При 170°С  и содержании мела 1 % nувеличился на 68 % по сравнению с ненаполненным ВПЭ, а при 3х % содержании наполнителя nснизился на 18 % по сравнению с 1 % содержанием наполнителя, но выше чем у ненаполненного ВПЭ на 38 %.

В технологической практике реологические характеристики оцениваются по значению показателя текучести расплава (ПТР). Зависимость ПТР от содержания наполнителя представлена на рис.2.

Рис.2. Зависимость ПТР от содержания наполнителя и температуры ВПЭ наполненного мелом

 

Значения ПТР всех полученных композиций укладываются в диапазон от 0,2 до 3,6 г/10 мин, рекомендуемый для переработки такими методами, как экструзия (в том числе выдуванием) и литье под давлением [2].

Используя экспериментальные данные в программе MicrosoftExcel, были получены зависимости ПТР от содержания наполнителя, которые описываются полиноминальными уравнениями:

ПТР170=1,4 + 0,6j — 0,15j2 ,                                             R2 = 1   (2)

ПТР180=1, + 0,6j — 0,2j2 ,                                         R2 = 1   (3)

где φ – объемное содержание наполнителя, %; R2 – достоверность аппроксимации.

Таким образом, проведенные исследования реологических свойств показали, что при введении  мела в ВПЭ расплавы ПКМ ведут себя при течении как псевдопластические жидкости. Увеличение температуры и содержания наполнителя приводит к уменьшению аномалии вязкого течения в исследованном диапазоне наполнения. Кроме того, необходимо отметить, что с увеличением содержания наполнителя разбухание экструдата уменьшается.

Ссылка на основную публикацию