Исследование физико-механических свойств полимерных композитов, полученных на основе бинарных наполнителей А. А. Рахманкулов

Объект и методы исследования. В качестве объекта исследования были выбраны полимеры полиэтилена (ПЭ) марки F-0220 и полипропилена (ПП) марки P-Y342, к которым были добавлены каолин, вермикулит и углеродные нанотрубки в количествах 10, 20 и 30. % по массе соответственно, образовывались термостойкие ПКМ. Также на основании проведенных экспериментов были проанализированы показатели текучести данных ПКМ в интервале температур 170-220°С.
В модификации полимерной гранулы и бинарных наполнителей измерения проводились на электронных весах с точностью до 0,1 г. Все реагенты помещали в специальный смеситель и перемешивали при 620 об/мин в течение 10 минут при комнатной температуре. После этого полимерные композиты смешивались в грануляторе на пределе температуры жидкости, полимерные композиты гранулировались и эти образцы помещались в экструдер с техническими характеристиками диаметр шнека -30мм, соотношение длины шнека к диаметру. -14,7, скорость вращения шнека -150 об/мин.
Обсуждение полученных результатов: В работе изучены реологические свойства композиционного покрытия, полученного в результате модификации выбранных полимеров введением различных смесей наполнителей.
Основываясь на методе физической модификации, в полимер (ПЭ марки F-0220) вводили 10, 20 и 30% массовых количеств каолина, вермикулита и УНТ соответственно, и были обнаружены различия в показателях текучести полученного антипирена PKM. Также были научно проанализированы причины изменения этих характеристик в диапазоне температур 200-220°С (таблица 1).


Таблица 1
Индекс текучести полимерных материалов, совместимых с полиэтиленом (ПЭ) F-0220, модифицированным частицами каолина, вермикулита и УНТ

Композиция	Размер дополнительных частиц, мкм	ПТР г/10мин (200^оС; 2,16кг)
ПЭ марки F-0220	-	1,5
ПЭ+Каолин	5	2,2
	10	2,5
	15	3,0
	20	3,7
ПЭ+Вермикулит	5	2,5
	10	2,8
	15	3,4
	20	4,0
ПЭ +УНТ	5	2,5
	10	2,8
	15	3,4
	20	4,0
ПЭ +Каолин +УНТ	5	2,0
	10	2,4
	15	2,8
	20	3,3

Следует отметить, что при введении в полимерную композицию наполнителей сыпучесть полимеров существенно не меняется при начальных температурах в диапазоне температур 170-220°С. В процессе повышения температуры, когда количество наполнителя (Каолин+ПЭ) составляет 5-10% по массе, скорость потока полимеров составляет 2,2-2,5 г/мин, а при изменении количества наполнителя до 15- 20% по массе было установлено, что она составляет 3,0-3,7 г/минуту, а количество наполнителя с размерами (10-15 мкм) при 20-30 масс.%, установлено, что сыпучесть полимеров существенно увеличивается под воздействием температуры.
По результатам исследований, даже когда количество наполнителя достигает 30 массовых % и размера 10-15 мкм, показатель текучести жидкости меняется мало, и можно сделать вывод, что текучесть полимеров под влиянием температура соединений зависит от природы наполнителя. Даже в огнеупорных композитах с соотношением ПЭ+УНТ 10-20 мас.% установлено, что показатель текучести под воздействием температуры существенно не изменился по сравнению с исходным образцом.
На основе бинарных наполнителей в различных соотношениях (Каолин+Вермикулит (1:2), Каолин+УНТ (1:0,5), Вермикулит+УНТ (1:0,5) при процентном содержании наполнителя 5-10 мас.%, сыпучесть полимеров под действием температуры составляла 2,0-2,4 г/мин, а при 15-20 мас.% снижалась до 2,8-3,3 г/мин.
В результате модификации полипропилена каолином, вермикулитом и УНТ при создании огнестойкого состава можно наблюдать относительное ухудшение текучести композита. В частности, было замечено, что вязкость композита увеличивается с уменьшением значений индекса ПТР_2,16, что свидетельствует об увеличении физико-механических свойств композита в результате высокой концентрации твердофазных наполнителей. Как показано в таблице 2, реологические, физико-механические свойства композитов оценивали по значениям ПТР, и можно отметить, что реологические свойства композита вермикулит+ПП лучше, чем у каолина и огнеупорных наполнителей УНТ.
Металлические группы в этих наполнителях при горении образуют на поверхности полимера слой кокса, что влияет на теплообмен и распространение пламени.