Разработка технологии получения композиционных материалов строительного назначения

В статье приводится информация о технологии испытания заполненных составов на основе термопластического сополимера, содержащего асбест хризотил. Показано, что деформационно- усиливающиеся свойства исследования материалов разрешают получать их для производства конструктивных строительных изделий.

Применение композиционных материалов для изготовления строительных материалов и изделий в настоящее время приобрело особую актуальность в связи с ростом цен на энергоносители и, как следствие, на металлы и металлоизделия. Наряду с этим наблюдается рост цен на все виды энергии, в том числе, и на электроэнергию, что привело к удорожанию процессов металлообработки. В совокупности эти факторы стимулируют развитие технологии, которые позволяют за один технологический процесс получать готовые детали для комплектации строительных инструкций.

С учетом вышеизложенных факторов, нами разработана технология получения композиционных материалов на основе термопластичных полимеров и неорганических наполнителей, являющихся вторичными сырьевыми ресурсами предприятий Казахстана.

В связи с этим целью настоящей работы является организация производства композиционных материалов на основе вторичных полимеров и коротковолокнистого хризотилового асбеста АО « Костанайские Минералы»

Выбор компонентов композиции диктовался стоимостными условиями исходных компонентов, определяющих себестоимость конечных изделий и деталей.

Выбор в качестве полимерной матрицы вторичных полимеров продиктован следующими факторами:

  1. Относительная дешевизна;
  2. Возобновляемость ( 50 кг на душу населения);
  3. Экологическая направленность;
  4. Создание дополнительных рабочих мест;
  5. Доступность сырья.

Таким образом, поставленная цель настоящей работы является актуальной, и своевременной, требующей особого подхода в интересах потребителей.

В качестве полимерной матрицы нами использована смесь вторичных термопластов: полиэтилен низкой или высокой плотности, полипропилен, полистиролы. Среднее содержание полистиролов в полимерной матрице не превышало 30-35%. Соотношение полиолефинов (полиэтилен и полипропилен) и полистиролы составляло 70:30 частей. В таблице 1 показаны физикомеханические свойства полимерной матрицы.

Таблица 1 - Физико-механические свойства полимерной матрицы

Наименования свойств

Показатели свойств

1

2

3

1. Плотность г/см

0,972

0,958

Ō98Ī

2.ПТРг/10мин

2

3

4

3. Разрушающее напряжение при растяжении, МПа

14

14

12

4.Ударная вязкость без надреза, кДж /м2

22

22

22

5.Тангенс угла диэлектрических потерь

0,004

0,005

0,006

6. Стоимость кг /кг

30

25

20

Таблица 2 - Физико-механические свойства асбеста хризотилового

Свойства

Показатели свойств

Плотность, кг/м3

2400-2560

Твердость по Моосу, баллы

3,5 -4,0

Удельная теплоемкость, Дж/ кг

0,236-0,266

Модуль упругости при растяжении, МПа

1,5-1,6 /103

Цвет

От белого до серого

Композиции готовили смешением компонентов в шаровой мельнице. Частота вращения барабана составляла 45-60 об./мин., объем загрузки не превышал 2\3 объема барабана, вес стальных шаров составлял 75 % от массы загруженных композиций. Гранулированные композиции получали на лабораторном 2х - шнековом экструдере «Брабендер» с диаметром шнеков 16мм и L/d = 25, где L -длина шнека, d- диаметр шнека. Режим технологических параметров грануляции представлен в таблице 4.

Влажность загруженных компонентов не превышала 0,1-0,15масс.% Предварительная рецептура была оптимизирована по методу планирования экспериментов, критерий доверительной вероятности составлял 0,95.

Для оценки деформационно-прочностных свойств изготавливали стандартные образцы в виде лопатки (120*2*15) и диска (d 100мм.) на термопласт автомате Ku ASU с объемом впрыска 63 см, технологический режим литья под давлением представлен в таблице 5.

Таблица 5 - Режим литья под давлением стандартных образцов

29

Наименование параметров литья под

Давлением

Показатели параметров

Диск

Лопатки

Температура I зоны, °С

120-130

130-140

Температура 11 зоны, °С

130-160

140-160

Температура Ш зоны, °С

160-190

160-180

Температура впрыска, °С

190-210

190-210

Температура выдержки под давлением, С

10

20

Давление, МПа

100

120

Полученные образцы термистатировали при 25°С в течение 24 часов при влажности 60- 68%.

Представлял интерес оценки деформационно-прочностных свойств композиций в зависимости от содержания компонентов. Оценку деформационно-прочностных свойств проводили на универсальной разрывной машине « Zwick» и « УТС-10» фирмы «Testtechnik» (ФРГ), скорость растяжения и сжатия составляли 50-100 мм/мин. Обработку результатов проводили по программе обеспечения разрывных машин. На рисунке 1 представлена зависимость деформационнопрочностных свойств композиций.

30

Как и следовало ожидать, относительная деформация и прочность при растяжении монотонно снижались при увеличении содержания асбеста с 0 до 40 масс,% что хорошо согласуется с данными предварительных исследований [4,5].

Увеличение скорости нагрузки, как показано на рисунке 1, приводит к повышению показателя Еотн и συ, что свидетельствует о сохранении высокоэластичности полимерной матрицы при малых степенях наполнения ( 0,26 об %). При этом гуковская область находилась при содержании асбеста 30-40 % при значении деформации 3-5%.

В этой области оценивали модуль упругости исследуемых композиций, в результате которых представляют в таблице 6.

Таблица 6 - Зависимость упругости при растяжении композиции скорости деформации

Как следует из полученных результатов, модули упругости полученных композиций находятся на одном уровне, что

свидетельствует об изотропности полученных материалов.

Дальнейшие исследования показали справедливость этого утверждения. Скорость деформации в области пропорциональности συ. не влияет на показатель Е, ввиду малого объёмного наполнения полимерной матрицы. Установлено что, в условиях низкого содержания наполнителя основную нагрузку несет полимерная матрица. Некоторые повышения прочностных показателей σļl.св^ɪзаıɪы взаимодействием макромолекул полимерного связующего с твердыми частицами наполнителя, что хорошо согласуется с теоретическими данными (таблица 7).

2.прочность при растяжении МПа

22

23

22

18

Литье экструзия конструкции

3.Ударная вязкость кДж/м2

19

19

21

14

Литье экструзия конструкции

4.Усадка,%

Ōɪ

01

01

03

Литье экструзия конструкции

5.Тангенс угла диэлектрических потерь.

0,002

0,002

0,002

0,004

Литье, экструзия конструкции

6.Срок службы, лет

35

35

35

25-30

 

7.Себестоимость, тг/кг

560

600

20

"1500

 

Таким образом, исследуемые композиции по ГОСТ 7379-89 относятся к конструкционным материалам и могут быть использованы для производства строительных изделий и деталей эксплуатируемых в условиях высоких механических напряжений.

На основании экспериментальных данных были проведены опытнопромышленные испытания композиций. Получено 12 тонн полимерной композиции ПК- Асбест и изготовлено 950 штук шкивов для ВАЗ 2107 и ВАЗ 2106.

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. А.П. Григорьев, О. Я. Федотов. Лабораторный практикум по технологии пластических масс: Учебное пособие для химикотехнологических ВУЗов -3е издание. Перераб. и доп.-М.: «Высш. шк.» 1986. - С.495.
  2. А.П. Григорьев, О. Я. Федотов Лабораторный практикум по технологии пластических масс. Часть 1. Учебное пособие для химикотехнологических ВУЗов. 2е издание. Перераб. и доп.-М.: «Высш. шк.» 1977. - С.248.
  3. А.П. Григорьев, О. Я. Федотов. Лабораторный практикум по технологии пластических масс: Учебное пособие для химикотехнологических ВУЗов. 2е издание. Перераб. и доп.-М.: «Высш. шк.» 1986. - С.264.
  4. В.М. Рябинова, Г. В. Худобина - Л.: Химия , 1988. - С.304.
Год: 2015
Город: Костанай