Влияние технологических параметров получения на структуру композитов из эластомеров и термопластов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Н. А. Мультановская, Л. М. Гуревич
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ КОМПОЗИТОВ ИЗ ЭЛАСТОМЕРОВ И ТЕРМОПЛАСТОВ
Волгоградский государственный технический университет e-mail: post-nm@mail. ru
Представлены результаты исследований влияния технологических особенностей получения композитов на основе эластомеров и термопластов на их структуру. Выявлены особенности структуры композитов, полученных при смешении фторкаучука с расплавом полиамида.
Ключевые слова: структура, фторкаучук, полиамид, этиленпропиленовый каучук, полиэтилен, оптическая и электронная микроскопия, термоэластопласт.
Research results of the effect of technological features of obtaining composites based on elastomers and thermoplastics on their structure are submitted. The features of the structure of the composites, obtained by mixing fluorine elastomer with melt polyamide, were identified.
Keywords: structure, fluorine elastomer, polyamide, ethylene-propylene-st rubber, polyethylene, optical and electron microscopy, thermoplastic elastomer.
В последнее время все большее применение в промышленности находят композиционные материалы на основе эластомеров и термопластов, так называемые термоэластопласты (ТЭП). Такие материалы обладают достаточной для эксплуатации эластичностью, а их переработка осуществляется традиционными для термопластов высокопроизводительными и энергосберегающими методами экструзии или литья под давлением. Практически все выпускаемые ТЭП изготавливают на основе каучуков общего назначения и полиэтилена или полипропилена, обладающих низкой температурой плавления и деструкции.
Целью настоящей работы являлось изучение влияния технологических особенностей получения композитов на основе термостойких фтор-каучуков и полиамида-6 (ПА) на их структуру.
Исследования структур полимерных композитов на основе термостойкого фторкаучука марки БКМ-601 и нетермостойкого этиленпро-пиленового каучука марки СКЭПТ-50 с термопластами полиамидом-6 (ПА) и полиэтиленом (ПЭ) проводили методами оптической и электронной микроскопии. Изучение поверхностей, полученных срезом на микротоме, позволяло наблюдать структуры полимеров на выбранных участках, а сколом после выдержки образца в жидком азоте — изучать границу раздела фаз.
Оптический анализ проводили с применением модульного моторизованного оптического микроскопа Olympus BX-6l с фиксацией микроструктур компонентов композиционных материалов с помощью цифровой камеры микроскопа DPl2 при увеличениях х (5 0−100). Обработку цифровых фотографий и измерение
различных параметров структуры исследуемых материалов осуществляли на ЭВМ с использованием программного комплекса AnalySIS® фирмы Soft Imaging System Gmbh.
Изучение микроструктур растровой электронной микроскопии проводили с использованием растрового электронного микроскопа JSM-6480LV фирмы JEOL (Япония) с приставкой для энергодисперсионной спектрометрии INCA ENERGY Dry Cool фирмы OXFORD INSTRUMENTS (Великобритания) в режимах вторичных и отраженных электронов. Образцы с фторкаучуком позволяли производить исследования микроструктуры в пучке первичных электронов в режиме высокого вакуума. Образцы с этиленпропиленовым каучуком из-за практически полного засвечивания поверхности образца из-за электризации поверхности в таких условиях исследовать было невозможно, поэтому исследование проводили при низком вакууме в режиме вторичных электронов, что позволяло нейтрализовать зарядовые состояния на поверхности образца, возникающие вследствие взаимодействия пучка первичных электронов с поверхностью.
В ряде случаев для изучения поверхностей применяли электронные просвечивающие микроскопы TESLA BS-540 и TESLA BS-613 (изучали реплики).
Макроструктуры композитов, полученных при смешении каучука с расплавом термопласта, существенно отличались от структуры композитов на основе этих же полимеров, полученных традиционным для эластомеров спо-
а
собом в резиносмесителе или на вальцах. Смешение на вальцах или в пластикодере «Брабен-дер» при температурах ниже плавления термопласта и последующей термообработки в прессе при температуре на 25 ±5 оС выше точки плавления термопласта (для ПЭ- 135 оС, для ПА-6 — 230 оС) приводило к получению материала, состоящего из эластомерной дисперсионной среды и распределенных в ней частиц термопласта (рис. 1). Превалировали частицы термопласта крупных размеров. Границы раздела фаз четко просматривались при изучении срезов как на световом, так и на электронном микроскопе (рис. 2).
Структуры композитов, полученных смешением эластомера с расплавом термопласта в пластикодере «Брабендер» при температурах выше плавления термопластов (композиты с ПЭ получали смешением при 135 оС, а с ПА-6 при 230 оС), принципиально отличалась от структур, полученных по вышеописанной традиционной технологии: для макроструктур композитов, на основе СКЭПТ-50 с ПЭ, СКЭПТ-50 с ПА-6 и фторкаучука марки БКМ-601 с ПА-6 характерно отсутствие крупных частиц термопласта. Поверхности среза и скола образцов представляли собой однородную поверхность с равномерно распределенными микрочастицами. Крупные частицы термопласта отсутствовали.
При изучении композитов на основе фтор-каучука и ПА после смешения в пластикодере «Брабендер» на некоторых участках поверхности образцов были обнаружены поры размером 2−4 мкм (рис. 3).
б
Рис. 1. Поверхности среза композитов после смешения при температуре 40 ± 5 оС на резиносмесительных вальцах:
а — СКЭПТ с ПЭ- б — фторкаучук марки БКМ-601 с ПА
в г
Рис. 2. Поверхности среза композитов после смешения на резиносмесительных вальцах и последующего прессования
при температуре выше плавления термопласта: а, в — СКЭПТ с ПЭ- б, г — фторкаучук марки БКМ-601 с ПА
Рис. 3. Участок с микропорами на поверхности среза ТЭП на основе фторкаучука марки ЕКМ-601 и ПА-6
На поверхностях среза и скола композитов на основе ПА и СКЭПТ-50, таких микропор не наблюдалось. Появление пор на образцах композита с фторкаучуком мы связываем с выделением газообразных продуктов, образующихся в результате протекания при смешении
фторкаучука и полиамида при температуре 230 °C химических процессов. В результате таких процессов при температуре выше 200 °C, по данным [1], происходит отщепление от фтор-каучука атомов водорода и фтора и образование двойных связей. Данные ИК-спектроскопии композита на основе фторкаучука и ПА показали наличие полосы поглощения 1675,75 см-1, характерной для двойных связей С=С [2−5]. Такой полосы поглощения не было на ИК-спектрах фторкаучука и ПА-6. При таких температурах возможны [1] отщепления и от полиамида КН3 или Н20, также способствующих порообразованию.
На образцах, прошедших дальнейшую переработку в экструдере или в литьевой машине, поры уже не наблюдались, что могло свидетельствовать о завершении химических процессов и связанных с ними газовыделением на стадии смешения компонентов.
Практически для всех поверхностей композитов после переработки методом литья под давлением характерно наличие структур, пред-
ставляющих собой микрочастицы термопласта, распределенные в эластомерной матрице (рис. 4). Значительная часть таких частиц имела размеры, сравнимые с наночастицами (рис. 5).
Рис. 5. Поверхность TЭП на основе фторкаучука марки FKM-6G1 и ПА-б
Выводы
1. Изучение структуры композитов на основе каучуков и термопластов показало определяющее влияние технологии получения на их морфологию. Установлено, что для композитов, полученных при смешении фторкаучука с расплавом полиамида, характерно наличие участков с пористой структурой, появление которой обусловлено образованием газообразных продуктов в результате отщепления атомов водорода и фтора от фторкаучука. Последующая переработка композитов методами литья под давлением или экструзии приводила к устранению пористости.
2. Интенсивное смешение при температуре выше плавления полиамида ПА-б способствовало измельчению его расплавленных частиц до размеров, сравнимых с наночастицами, и равномерному распределению в эластомере.
БИБЛИОГРAФИЧЕCKИЙ CПИCОK
1. Мадорский, С. Tермическое разложение органических полимеров / С. Мадорский. — М.: Мир, І9б7. — 328 с.
2. Беллами, Л. Инфракрасные спектры сложных молекул / Л. Беллами. — М.: Издательство иностранной литературы, І9б3. — 59G с.
3. Купцов, А. X. Фурье-спектры комбинационного рассеяния и инфракрасного поглощения полимеров: справочник / А. X.пцов, Г. Н. Жижин. — М.: ФИЗMATЛИT, 2GG1. — б5б с.
4. Тарутина, Л. И. Спектральный анализ полимеров / Л. И. Tарутина, Ф. О. Позднякова. — Л.: Химия, І98б. — 248 с.
5. Казицына, Л. A. Применение У Ф, HK и ЯМР спектроскопии в органической химии / Л. A. ^зни^іна, Н. Б.п-летская. — М.: Высшая школа, І97І. — 2б3 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой