CC BY
89
Серия «Химическое машиностроение и инженерная экология» Серия «ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ И ИНЖЕНЕРНАЯ
ЭКОЛОГИЯ»
Определение показателя текучести расплава полимерных композиций
Носков С.А., д.т.н. проф. Баранов Д.А., к.т.н. проф. Скопинцев И.В.
Университет машиностроения Ьагапоу@тяше. ги
Аннотация. Разработаны рецепты экологически чистых полимерных композиций с определением показателя текучести расплава на электронном вискозиметре.
Ключевые слова: вискозиметр, полимерные композиции, показатель текучести расплава, термопластавтомат, экструдер
Для расширения сырьевой базы производства пластических масс, снижения энергозатрат и уменьшения загрязнения окружающей среды важное значение имеет проблема вторичного использования полимеров и композиций на их основе. При этом необходимо проведение исследований особенностей строения и свойств полученных полимерных композиций, в частности, для повышения качества композиции и выбора методов его направленного модифицирования. Следует заметить, что двухкомпонентные полимерные композиты совмещают в одном материале различные физико-механические и теплофизические свойства.
В связи с вышесказанным были проведены исследования по изучению ПТР (показатель текучести расплава) вторичного полимера с экологически чистыми наполнителями. Показатель текучести расплава полимерного материала - масса полимера в граммах, выдавливаемая через капилляр при определенной температуре и перепаде давления за 10 минут. Для определения величины показателя текучести расплава использовали капиллярный вискозиметр TWELVindex, представленый на рисунке 1. Значение показателя текучести расплава полимерной композиции определяет рациональный режим переработки - температуру, скорость вращения шнека, давление впрыска (в случае экструзии и литья).
Перед получением полимерной продукции из композиционных материалов должна быть известна текучесть расплава. Высокая текучесть материала в процессе литья может привести к тому, что изделия будут иметь большой облой (расплав будет проникать в места стыковки частей формы по линии разъёма), а при переработке методом экструзии отрицательно влияют на пластикационную производительность, так как расплав образует большой обратный поток между материальным цилиндром и шнеком. При переработке материалов с низкой текучестью усложняется процесс формования изделия, что приводит к повышению энергозатрат. Их переработка требует повышения температуры, что в свою очередь уменьшает производительность за счет увеличения времени охлаждения готовых изделий.
В качестве базового полимера использовали вторичный экструзионный полиэтилен низкого давления марки 273-79 с показателем текучести расплава при 190 °С и нагрузке 2,16 кг равным 0,11 г/10 минут. На основе этого полимера получали композиции с различными наполнителями: древесная мука, углеволокно, отходы производства базальтового волокна (базальтовая вата).
Определение показателя текучести расплава производили автоматически волюметри-ческим (объемным) методом.
Параметры исследования:
- температура: 190 °С;
- время резки выдавленного материала: 1 мин;
- используемый груз: 2,16 кг;
- наполнение тестовой камеры полимерным композиционным материалом: 5 - 8 г;
- предварительный разогрев материала: 6 - 8 мин.
Серия «Химическое машиностроение и инженерная экология»
Флаг-метка Плунжер, снабженный держателем массы
- и опорой с отметкой_
Оптический датчик
хода поршня с рисками •»
Открывающая ручка для формы
Рисунок 1. Прибор для определения индекса текучести расплава пластических материалов
В ходе эксперимента по определению индекса текучести расплава было получего по 10 наборов данных для каждой полимерной композиции. В таблице 1 представлены полученные экспериментальные данные эксперимента после математической обработки.
Таблица 1
Показатель текучести расплава полимерных композиционных материалов
№ Наименование Процентное содержание наполнителя
п/п 10% 20% 30%
1 Древесная мука 0,092 г/10 мин 0,0728 г/10 мин 0,0412 г/10 мин
2 Углеволокно 0,0758 г/10 мин 0,0619 г/10 мин 0,0443 г/10 мин
3 Базальтовая вата 0,0991 г/10 мин 0,092 г/10 мин 0,0889 г/10 мин
Из полученных данных можно сделать выводы:
1. Наполнитель из базальтовой ваты даже при 30% добавлении несущественно понижает показатель текучести расплава, что позволяет использовать те же режимы переработки, что и при использовании только базового полимера.
2. При переработке полимерных композиций с большим содержанием древесной муки и уг-леволокна режим переработки требует изменений или добавления пластификаторов (с целью увеличения показателя текучести расплава).
I 0Д2
0,02
о
О 5 10 15 20 25 30 35
Состав полимерной композиции, %
Рисунок 2. Показатель текучести расплава полимерных композиционных материалов: 1 - древесная мука; 2 - углеволокно; 3 - базальтовая вата
Полученные показатели текучести полимерных композиций позволяют внести изменения на режимы переработки в получении качественных готовых изделий при минимальных энергозатратах.
Серия «Химическое машиностроение и инженерная экология» Литература
1. Носков С.А., Баранов Д.А., Скопинцев И.В., Шибанов А.В. Определение краевого угла смачивания композиций полимерных составов для оросителей градирен // Известия МГТУ «МАМИ», №3(17), 2013, т.2, с.19 - 22.
2. Скопинцев И.В., Мелешкина А.М., Камшад Ф. Новое применение вторичных полимерных композиционных материалов // Известия МГТУ «МАМИ», 2012, №2(14), т.4, с. 197 - 201.
3. ГОСТ 11645-73 - Пластмассы. Метод определения показателя текучести расплава термопластов.
О методике определения кинетических параметров окисления углеродных измельченных материалов
К.ф.-м.н. Обвинцева Н.Ю., д.х.н. проф. Каминский В.А., д.т.н. Эпштейн С.А.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Аннотация. Рассмотрены особенности термических методов определения кинетических параметров процесса окисления углеродных материалов. Предложен модифицированный метод определения кинетических параметров на основе величин, характеризующих стационарное состояние системы.
Ключевые слова: процесс окисления угля, кинетические параметры, параметр Франк-Каменецкого, критические условия
В связи с возможностью самовозгорания углеродных сыпучих материалов (угля, сельскохозяйственной продукции и др.) при их хранении и использовании представляет интерес изучение процесса окисления углерода при низких температурах. Для определения параметров, соответствующих условиям самовозгорания, разработаны методы, которые являются общими при изучении возгорания разных материалов. В данной работе эти методы будут рассмотрены в связи с проблемой самовозгорания угля. Для прогнозирования поведения различных типов углей необходимо знать кинетику протекающих химических реакций и физико-химических процессов и условия теплообмена системы с окружающей средой в естественных условиях, поскольку известно, что самовозгоранию углей способствует аэрация штабеля, наличие внешних источников тепла (солнечная радиация), наличие посторонних примесей, смешение разных марок и сортов углей. Учет такого большого числа перечисленных факторов при определении кинетики реакций является достаточно сложной задачей.
Исследование самовозгорания углей, основанное на кинетическом подходе, направлено на описание характерных реакций и оценку вклада каждой из них при разных температурах. В литературе приводятся отдельные данные о влиянии перечисленных факторов на химическую активность угля (см., например, обзоры [1, 2]). Однако в настоящее время нет полной теории, описывающей процесс саморазогрева угля.
При изучении разогрева углей на основе термических методов с целью упрощения весь процесс описывается одной экзотермической брутто-реакцией [3 - 5]. Если определить эффективные кинетические параметры этой реакции, протекающей в естественных условиях, то этого вполне достаточно, чтобы прогнозировать поведение углей.
Классическими термическими методами определения кинетических констант, характеризующих интенсивность экзотермических процессов, приводящих к разогреву, являются методы, основанные на стационарной теории Франк-Каменецкого [6]. С помощью этих методов [3 - 5] при заданной геометрии системы и известных теплофизических параметрах на основе данных термического эксперимента можно определить кинетические константы брутто-реакции. Для наблюдения разогрева в лабораторных условиях используются небольшие объемы угля, при этом его предварительно измельчают до размера частиц 0.25 - 1 мм.
