МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА

КАФЕДРА ХИМИИ И ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАСТМАСС и ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ (ХТПП и ПК)

РОССИЙСКИЙ КОНГРЕСС ПЕРЕРАБОТЧИКОВ ПЛАСТМАСС МОСКВА 2015 г. «Эффективность действия процессинговых добавок при переработке расплавов полимерных материалов» Авторы: проф. Симонов-Емельянов И.Д, доц. Суриков П. В. асп. Юркин А. А.

Цель – оценить действие и выбрать наиболее эффективную, доступную и недорогую процессинговую (реологическую) добавку для конкретного полимерного материала и процесса переработки Задачи: анализ рынка и предложений различных поставщиков процессинговых добавок; получение пробников и проведение эксперимента в производственных условиях (высокий затратный механизм); получение пробников и проведение исследований в специализированной (реологической) лаборатории (наличие необходимых методик и приборной базы); оценка эффективности действия реологических добавок по различным методикам и выбор наиболее эффективной в лабораторных условиях (наличие необходимых методик и специалистов); техно-экономическое обоснование закупки высокоэффективной процессинговой добавки (цена / качество).

1. Термостойкость и термостабильность (τ т ) Основные характеристики процессинговых добавок Температуры: Т пл, Т раз, Т кип., Т нд, Т 10, Т д 1 2 Рисунок. Кривые термостабильности расплавов ПСФС-50 С10-07С (1) и ПСФС-50 С8408 (2) с реологическими добавками Рисунок. Кривые ТГ для реологической добавки 1 и 2 1

Основные характеристики процессинговых добавок Рис. – Зависимость летучести различных добавок (смазок) по потере массы от температуры: 1 - стеариновая кислота, 2 - моностеарат глицерина, 3 - парафиновый воск, 4 - олигомерный сложный эфир жирной кислоты, 5 - олигомерный сложный эфир монтановой кислоты, 6 - ПЭ воск и 7 - окисленный ПЭ воск 3. Летучесть и миграция на поверхность изделия 2. Термодинамическая совместимость добавки и полимера

Методы исследования течения расплавов полимеров 1. ПТР – стандартная реологическая характеристика полимеров 2. Кривые течения расплавов полимеров 3. Нестандартные методы исследования деформирования расплавов полимеров

ПТР – стандартная реологическая характеристика полимеров 1. Условия определения ПТР: Груз – стандартный, температура задается, капилляр –стандартный (диаметр, длина) 2. Различие ПТР одного и того же полимера указывает на различие в ММ. Для ПСФ марки ПСК-1 (п.2.4) и ПСФС марок ПСФС-50, ПСФС-50 С10-07С, ПСФС-50 С13-05, ПСФС- 50 С86-08, ПСФС-50 С84-08 при температуре 320 о С и нагрузке 21,6 Н согласно ГОСТ были получены данные по ПТР (таблица 1). п/п Марки ПСФС и ПСФ [η], дл/л М η, г/моль ПТР, г/10 мин 1ПСК-1, п.2.40, ,3 2ПСФС-500, ,2 3ПСФС-50 С10-07С0, ,6 4ПСФС-50 С13-050, ,2 5ПСФС-50 С86-080, ,0 6ПСФС-50 С84-080, ,4 Значение ПТР и характеристической вязкости для ПСФС и ПСФ с различной ММ Работа выполнена при участии сотрудников НИИПМ им. Г. С. Петрова

а б Зависимость ПТР для ПСФ различных марок от характеристической вязкости (а) и ММ (б) ПТР=0,209 * [η] -3,4 ПТР = 6 *10 10 * ММ -2,0

Кривые течения для расплавов полимеров (ПК - поликарбонат) Рисунок. Кривые течения при 270 о С для Makrolon ET-3117 (1), PK-007UL (2), PK-007 (marka B) (3), PK-007UL+B (4), PK-007UL+B +St (5). Работа выполнена при участии сотрудников НИИПМ им. Г. С. Петрова Энергия активации вязкого течения для ПК составила : Makrolon ET к Дж/моль, PK-007UL к Дж/моль, РK-007UL+B – 133 к Дж/моль, РK-007UL+B +St к Дж/моль, PK-007(marka B) к Дж/моль.

Механизм действия реологических добавок (смазок) при течении расплавов полимеров Эпюры скоростей и напряжений сдвига при течении расплава полимера в канале круглого сечения: 1. Без смазки - без скольжения 2. Со смазкой - скольжение

Эффект скольжения расплава полимера по стенке ( слою) приводит к следующим результатам: улучшение текучести расплава полимера; снижение коэффициента разбухания струи и повышение размерной точности; улучшение качества поверхности и снижение прилипания изделия к металлической поверхности формы; снижение уровня высокоэластических деформаций при течении расплава полимера; снижение уровня ориентации полимера в поверхностных слоях изделия; снижение остаточных напряжений и растрескивания изделия; Течение расплавов полимеров с эффектом скольжения

Определение реологических характеристик расплавов полимерных материалов при течении с эффектом скольжения – усовершенствованный метод Муни МЕТОДИКА

Оценка скорости скольжения при течении расплавов полимерных материалов Зависимость логарифма эффективной скорости сдвига от логарифма напряжения для капилляров с разными диаметрами (d к 1 ; d к 2 ; d к 3 ) – метод Муни Рисунок. Зависимость для капилляров разных диаметров (d к 1; d к 2 ; d к 3 ).

Зависимость эффективных скоростей сдвига от обратного радиуса капилляров при постоянном значении напряжения сдвига (τ)., Рисунок. Зависимость эффективной скорости сдвига от обратного радиуса капилляра при. α

Рисунок Зависимость скорости скольжения (U ск ) при 260 о С от скорости (напряжения) сдвига для Makrolon ET-3117 (1), PK-007UL (2), PK-007(marka B) (3), PK-007UL + В (4), PK-007UL+ B +St (5) от скорости сдвига Зависимость скорости скольжения (U ск ) расплава полимера от скорости (напряжения) сдвига

Определение доли расхода скольжения в общем расходе при течении расплава полимерного материала - общий расход при течении расплава через капилляр, - расход, обеспечиваемый скольжением, – расход, обеспечиваемый объемным течением, Расход, обеспечиваемый скольжением находят как : Расход, обеспечиваемый объемным течением находят как: Доля расхода скольжения в общем расходе при течении расплава полимерного материала : Доля объёмного течения общем расходе при течении расплава полимерного материала : (13) где: – доля объемного течения при течении расплава полимерного материала; Общий расход расплава

Зависимость «Q – τ» при течении расплавов полимеров с учетом эффекта скольжения. Рисунок. Зависимость общего расхода Qобщ (1), расхода скольжения Qск (2) и расхода объемного течения Qоб (3) при течении полимерного материала через капилляр от напряжения сдвига.

: определить основные параметры скольжения полимера и ПКМ при течении оценить количественно эффект скольжения (Q ск ) при течении полимера и ПКМ при разных скоростях и напряжениях сдвига; оценить эффективность влияние модификаторов и смазок на параметры скольжения и течения полимерных материалов; оценить долю вклада эффекта скольжения в общее течение расплавов полимерных материалов при переработке; оценить эффективность действия различных реологических добавок с разной термодинамической совместимостью (внешних и внутренних смазок, пластификаторов и др.); оптимизировать содержание вводимых смазок и реологических добавок в полимерный материал; определить параметры эффективной переработки расплавов полимерных материалов с реологическими добавками (T, Р, Q, γ ); осуществить выбор наиболее эффективной реологической добавки для конкретного полимерного материала, по соотношению эффективность действия/цена. Методика определения реологических характеристик расплавов полимерных материалов при течении с элементами скольжения позволяет:

Рисунок Зависимость скорости скольжения при течении ПЭ НП от концентрации ПЭВ при различных напряжениях сдвига: 1 – 40 к Па (5 с -1 ); 2 – 70 к Па (60 с -1 ); к Па (80 с -1 ); 4 –90 к Па (100 с -1 ); 5 – 100 к Па (125 с -1 ); 6 – 110 к Па (150 с -1 ). Влияние содержания реологической добавки (ПЭВ) на скорость скольжения расплава ПЭНП

Рисунок Зависимость скорости скольжения от напряжения сдвига для разных концентраций ПЭВ: 1 – 0, об.%; 2 -0,3 об.% ;3 – 0,4 об.%; 4 – 0,6 об. % и 5 – 1,0 об.%. Зависимость скорости скольжения от напряжения сдвига при течении ПЭНП с реологической добавкой ПЭВ

Выбор реологической добавки для отечественного ПК марки РК007 Рисунок. Кривые течения при 260 о С (а), 270 о С (б), 280 о С (в) для Makrolon ET-3117 (1), PK-007UL (2), PK-007 (marka B) (3), PK-007UL+B (4), PK-007UL+B +St (5). Создание отечественного ПК - аналога Makrolon ET-3117 (фирма Bayer, Германия) Работа выполнена при участии сотрудников НИИПМ им. Г. С. Петрова

Рисунок. Зависимости скорости скольжения при 260 о С для Makrolon ET-3117 (1), PK-007UL (2), PK-007(marka B) (3), PK-007UL+B (4), PK-007UL+B +St (5) от скорости сдвига - до 700 с -1 (а) и 1200 с -1 (б). Зависимость скорости скольжения для ПК разных марок

Рисунок. Зависимости скорости скольжения от скорости сдвига (до 500 с -1 (а), 1100 с -1 (б)) для Makrolon ET-3117 (1, 2, 3) и PK-007UL+B +St (4, 5, 6) и при 260 о С (1, 4), 270 о С (2, 5) и 280 о С (3, 6). Зависимость скорости скольжения для ПК разных марок при различных температурах

260 о С Рисунок. Зависимость скорости скольжения от напряжения сдвига для Makrolon ET-3117 (1), PK-007 (2), PK-007UL + 0,15 масс.% lox (3) и PK-007UL + 0,3 масс. % lox (4) Влияние реологической добавки loxiol на скорость скольжения отечественного ПК

Рисунок. Зависимость скорости скольжения при разных температурах от напряжения сдвига для Makrolon ET-3117 (1), PK-007UL+ 0,15 масс. % lox (2) и PK-007UL + 0,3 масс. % lox (4) Влияние реологической добавки loxiol на скорость скольжения отечественного ПК 270 о С 280 о С

: определить основные параметры скольжения для РК007 и Makrolon ET-3117; оценить количественно эффект скольжения (Q ск ) при течении РК007 и Makrolon ET-3117 при разных скоростях и напряжениях сдвига; оценить эффективность действия различных добавок и выбрать наиболее эффективную добавку для РК007 - Loxiol; количественно сравнить эффекты скольжения для РК007 + Loxiol и Makrolon ET-3117; оптимизировать содержание вводимой реологической добавки для РК ,3 масс.% Loxiol; оценить долю вклада эффекта скольжения в общее течение расплавов РК ,3 масс. % Loxiol и Makrolon ET-3117; разработать новый отечественный полимерный материал на основе РК007 не уступающий по перерабатываемости зарубежной марки Makrolon ET-3117 (фирма Bayer, Германия); определить параметры эффективной переработки расплавов отечественного РК007+ 0,3 масс. % Loxiol ; осуществить выбор наиболее эффективной реологической добавки для РК007 по соотношению цена / качество Методика определения реологических характеристик расплавов полимерных материалов при течении с элементами скольжения позволила для ПК:

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ КАФЕДРА ХТПП и ПК Москва, ул. Малая Пироговская, д.1 (проезд Метро «Фрунзенская») зав. кафедрой: Игорь Дмитриевич Симонов-Емельянов тел.8(499) 600–82-15 Тел./факс: 8(499) 600– МИТХТ имени М.В. Ломоносова , Москва, пр-т Вернадского, д. 86 (проезд Метро «Юго-Западная) И.о. ректора: Прокопов Николай Иванович тел. 8(499) Тел./факс: 8(495)