Կալցիումի կարբոնատով ամրացված մոդիֆիկացված պոլիէթիլեն PE-ի հետագա օպտիմալացման պլան

Պոլիէթիլենը (PE) այն պլաստմասսաներից մեկն է, որը մեծ ուշադրություն է գրավել արդյունաբերական արտադրության մեջ: Այն ունի գերազանց ցածր ջերմաստիճանային դիմադրողականություն, թթվային և ալկալային կոռոզիայի մեծ մասի նկատմամբ դիմադրողականություն, լավ քիմիական կայունություն, արագ ձուլում և ամուր աշխատանքային հատկություններ: Այն լայնորեն կիրառվում է փաթեթավորման, շինանյութերի, ավտոմեքենաների, կենսաբանության և այլ ոլորտներում: Այնուամենայնիվ, դրա հետագա կիրառումը սահմանափակվում է իր թերություններով, ինչպիսիք են ցածր ջերմակայունությունը և համեմատաբար ցածր մեխանիկական հատկությունները:

Գերմանր CaCO3-ը փոքր մասնիկների չափս ունի և լավ ցրվածություն։ Այն ունի պլաստմասսայի ծակոտիներն ու խոռոչները նվազեցնելու և պլաստմասսայի կծկումն ավելի միատարր դարձնելու առավելություններ։ Այն լցվում է պոլիէթիլենով, պոլիստիրոլով, պոլիվինիլքլորիդով և պոլիպրոպիլենով։ Այլ պլաստմասսաների հետ մեկտեղ, այն կարող է բարելավել պլաստմասսայե արտադրանքի կարծրությունը, չափային կայունությունը և կոշտությունը։

Այնուամենայնիվ, մեծ թվով ուսումնասիրություններ ցույց են տվել, որ միայն կալցիումի կարբոնատի կամ այլ լցանյութերի օգտագործումը մոդիֆիկացված պոլիմերները լցնելու կամ այլ նյութեր մոդիֆիկացնելու համար հաճախ լավագույն արդյունքների չի հասնում, և կատարողականի բարելավումը համեմատաբար պարզ է: Տարբեր ոչ մետաղական հանքային փոշիների միացությունների մոդիֆիկացումը հաճախ ավելի լավ ազդեցություն ունի և կարող է բարելավել նյութերի ընդհանուր կատարողականը: Այժմ ավելի ու ավելի շատ հետազոտական ​​​​կիրառություններ կան:

Յանգ Չանգյուի և այլոց հետազոտությունները ցույց են տվել, որ նանո-CaCO3-ը կարող է բարելավել պոլիէթիլենային կոմպոզիտային նյութերի համատեղելիությունը և ջերմային կայունությունը, իսկ բագասային մանրաթելը (BF) կարող է բարելավել կոմպոզիտային նյութերի բյուրեղությունը և ամրությունը: Երկուսն էլ կարող են արդյունավետորեն բարելավել կոմպոզիտային նյութերի մեխանիկական հատկությունները և մեխանիկան:

01 Պոլիէթիլեն PE-ի դասակարգում

PE-ն բաժանվում է իր քիմիական կառուցվածքի, հարաբերական մոլեկուլային քաշի և պոլիմերացման մեթոդի համաձայն։ Այն կարելի է հիմնականում բաժանել երեք կատեգորիայի՝ ցածր խտության պոլիէթիլեն (LDPE), բարձր խտության պոլիէթիլեն (HDPE) և գծային ցածր խտության պոլիէթիլեն (LLDPE):

▷Ցածր խտության պոլիէթիլեն

LDPE-ն ունի լայն հարաբերական մոլեկուլային քաշի բաշխում, ցածր բյուրեղացում և զգայուն է սղման նոսրացման նկատմամբ: Այն կարող է առաջացնել դեֆորմացիայի կարծրացում ձուլման գործընթացի ընթացքում, ուստի LDPE-ն ունի լավ օպտիկական հատկություններ և վերամշակելիություն: Քանի որ բյուրեղային շրջանի Յունգի մոդուլը շատ ավելի բարձր է, քան ամորֆ շրջանինը, LDPE-ի կոշտությունն ու ձգման ամրությունն ավելի ցածր են, բայց ամրությունն ու երկարացումը կոտրման պահին ավելի բարձր են:
LDPE-ն հիմնականում օգտագործվում է պլաստիկ փաթեթավորման տոպրակների, գյուղատնտեսական թաղանթների, ներարկման ձուլված արտադրանքի և այլնի մեջ:

▷Բարձր խտության պոլիէթիլեն

HDPE խողովակների արտամղման գիծ Այն ունի բարձր ամրություն, կոշտություն և մեխանիկական հատկություններ, բայց այն հեշտությամբ հնանում և դեֆորմացվում է, և դրա մակերեսային կարծրությունը ցածր է: Բարձր խտության պոլիէթիլենը (HDPE) կարող է օգտագործվել խողովակների, ներարկման և փչման ձուլվածքների, ձկնորսական ցանցերի, պարանների, փաթեթավորման թաղանթների և այլ արտադրանքների մեջ: Բարձր խտության պոլիէթիլենն ունի լավ ջերմամեկուսացում և կարող է օգտագործվել որպես լարերի և մալուխների, ինչպես նաև որոշ կենցաղային տեխնիկայի պատյանների փաթաթման նյութ:

▷Գծային ցածր խտության պոլիէթիլեն

LLDPE-ն պոլիէթիլենի նոր տեսակ է, որը վերջին տարիներին արագ զարգացել և նոր թափ է ստացել։ Այն էթիլենի և օլեֆինի համապոլիմեր է։ Ցածր խտության պոլիէթիլենի համեմատ, գծային ցածր խտության պոլիէթիլենն ունի նմանատիպ տեսք, լավ մակերեսային փայլ, ավելի լավ ցածր ջերմաստիճանային դիմադրություն, բայց վատ թափանցիկություն։ LLDPE-ն ներկայումս ներթափանցում է գրեթե բոլոր ավանդական պոլիէթիլենային շուկաներ, ներառյալ թաղանթների, ձուլվածքների, խողովակների, մետաղալարերի և մալուխների շուկաները։

02 Պոլիէթիլեն PE-ի փոփոխություն

Միապոլիէթիլենն ունի մեխանիկական հատկություններ, ինչպիսիք են ջերմային ծերացման անբավարար դիմադրությունը, ցածր ջերմաստիճանային միջավայրերում փխրունությունը, ցածր կարծրությունը և հարվածային դիմադրության վատ մակարդակը։ Հետևաբար, փոփոխման մշակումը պետք է լինի նպատակային։

Ներկայումս պոլիէթիլենի մոդիֆիկացիան հիմնականում ներառում է երկու մոդիֆիկացիայի մեթոդ՝ քիմիական մոդիֆիկացիա և ֆիզիկական մոդիֆիկացիա: Ֆիզիկական մոդիֆիկացիայի մեջ լցոնմամբ ուժեղացված մոդիֆիկացիան խառնուրդ կամ կոմպոզիտային նյութ է, որը պատրաստվում է պոլիէթիլենին մոդիֆիկատորներ ավելացնելով և խառնելով՝ պոլիէթիլենի որոշակի հատկությունները բարելավելու կամ պոլիէթիլենին նոր հատկություններ հաղորդելու համար:

Ներկայումս լայնորեն օգտագործվող անօրգանական լցանյութերը հիմնականում ներառում են կալցիումի կարբոնատ, քվարցի փոշի, փայտի ալյուրի մանրաթել, բրնձի ծղոտի/շաքարեղեգի մանրաթել, սիլիկա, բեղիկներ, ապակե մանրաթել, կաոլին, ապակե գնդիկներ, տալկ, գրաֆիտ, ածխածնային նանոխողովակներ և այլն: Այս տեսակի ամրացնող լցանյութը պոլիէթիլենին ավելացնելով՝ կարելի է նվազեցնել ծախսերը և բարելավել արտադրանքի կոշտությունը, ամրությունը, չափային կայունությունը, ջերմակայունությունը, մագնիսականությունը, հաղորդականությունը և այլ հատկություններ:

Ուսումնասիրելով դրա սկզբունքը, անօրգանական մասնիկները ունեն բարձր ջերմակայունություն և ամրություն, իսկ անօրգանական մասնիկները մեծ ազդեցություն ունեն պոլիէթիլենի բյուրեղացման գործընթացի վրա: Որպես անօրգանական միջուկագոյացնող նյութեր, դրանք կարող են անմիջականորեն ազդել պոլիէթիլենային խեժի ամրության, կոշտության և ջերմակայունության և այլ հիմնական ցուցանիշների վրա:

03 Կալցիումի կարբոնատ՝ մոդիֆիկացված

Կալցիումի կարբոնատը, որպես բազմակողմանի անօրգանական լցանյութ, պոլիմերային նյութերի հետ օգտագործելիս ունի երկու թերություն.

Մի կողմից, մակերեսը հիդրոֆիլ և օլեոֆոբ է, ուժեղ բևեռականությամբ, օրգանական մարմնի հիդրոֆոբ և օլեոֆիլ ցածր բևեռականությանը հակառակ, այն դժվար է համատեղել պոլիմերային մատրիցի հետ։

Մյուս կողմից, կալցիումի կարբոնատը թույլ կապող ուժ ունի պոլիմերների հետ և կարող է միայն լուծելի դեր կատարել: Կալցիումի կարբոնատի ավելցուկը կհանգեցնի պոլիմերային նյութերի կատարողականի զգալի անկման, ինչը դժվարացնում է արտադրանքի արտադրությունն ու մշակումը:

Գործնական կիրառման մեջ կալցիումի կարբոնատի և պոլիէթիլենի միջև պետք է լինի լավ միջմակերեսային կապ, և կալցիումի կարբոնատի մասնիկների չափը պետք է լինի փոքր, իսկ ցրման ունակությունը՝ լավ։ Հետևաբար, կալցիումի կարբոնատը պետք է մոդիֆիկացվի։

Կալցիումի կարբոնատը մոդիֆիկացվում է տիտանիատային միացնող նյութով։ Միացնող նյութի ալկիլային մասը հեշտությամբ հիդրոլիզվում է և միանում է -OH-ի հետ կալցիումի կարբոնատի մակերեսին մոդիֆիկացման գործընթացի ընթացքում, ինչը կարող է կալցիումի կարբոնատի մակերեսային հատկությունները դարձնել հիդրոֆոբ։ Երեք կառուցվածքները կարող են խճճվել կամ քիմիապես միացվել պոլիմերին, դրանով իսկ բարելավելով կալցիումի կարբոնատի և պոլիմերի միջև միջերեսային համատեղելիությունը, ինչպես նաև կալցիումի կարբոնատի ռեոլոգիան և դիսպերսիոն կայունությունը համակարգում, դրանով իսկ բարելավելով մեխանիկական հատկությունները և մեխանիկական հատկությունները։

Տիտանիատային միացման նյութի փոփոխման սկզբունքը

04 Անօրգանական փոշիով լցված մոդիֆիկացված պոլիէթիլեն

Զուո Ինզեն և իր գործընկերները համապատասխանաբար օգտագործել են տիտանիատային միացնող նյութ (KH101) և սիլանային միացնող նյութ (KH570)՝ CaCO3-ը և SiO2-ը որպես լցանյութեր փոփոխելու համար, և ստեղծել են երկուական և եռակի PE կոմպոզիտային նյութեր՝ HDPE-ն որպես մատրից օգտագործելով: Հետազոտությունը ցույց է տալիս, որ. բարելավվում է մոդիֆիկացված նանոմասնիկների ցրումը մատրիցում, նվազում է ագլոմերացիայի երևույթը, և երկուական կոմպոզիտների ձգման և հարվածային ամրությունը նախ մեծանում են, ապա նվազում CaCO3-ի և SiO2-ի պարունակության աճին զուգընթաց: Երբ SiO2-ի խառնուրդի քանակը կազմում է 7 զանգվածային%, PE/SiO2 կոմպոզիտային նյութի համապարփակ կատարողականությունը լավագույնն է։ Երբ CaCO3-ի խառնուրդի քանակը կազմում է 15 զանգվածային%, PE/CaCO3 կոմպոզիտային նյութի համապարփակ կատարողականությունը լավագույնն է: PE/CaCO3/SiO2 կոմպոզիտային նյութերում, երբ կալցիումի կարբոնատի և SiO2-ի խառնուրդի քանակը կազմում է 25 զանգվածային% և 7 զանգվածային%, ձգման ամրությունը և ատամնավոր հարվածային դիմադրությունը համապատասխանաբար աճում են 17.6%-ով և 34.5%-ով՝ ապահովելով սիներգետիկ ազդեցություն և հասնելով ավելի լավ արդյունքների: Ընդհանուր կատարողականություն:

Չժոու Լինը և ուրիշները մշակել են բարձր արդյունավետության կոմպոզիտային նյութեր՝ օգտագործելով SBS/HDPE-ի հետ խառնված նանոկալցիումի կարբոնատ: Հետազոտությունը ցույց է տվել, որ՝ նանոկալցիումի կարբոնատի և SBS/բարձր խտության պոլիէթիլենի խառնուրդների հարվածային ամրությունը, ձգման ամրությունը և կոտրման պահին երկարացումը մեծանում են նանոկալցիումի կարբոնատի ավելացման հետ մեկտեղ: Զանգվածային մասի փոփոխությունները բոլորը ցույց են տալիս պարաբոլիկ փոփոխություն՝ դեպի ներքև բացվածքով: Քանի որ խառնուրդների հարվածային հատկությունները, ձգման ամրությունը և կոտրման պահին երկարացումը հիմնականում փոխվում են համաժամանակյա, կարելի է եզրակացնել, որ նանոկալցիումի կարբոնատը կարող է և՛ ամրացնել, և՛ ամրացնել խառնուրդները: Խառնուրդի ընդհանուր արդյունավետությունը օպտիմալ է, երբ նանոկալցիումի կարբոնատի զանգվածային մասը հասնում է խառնուրդի ընդհանուր զանգվածի 15%-ին:

Չժան Սյաոցյանը և իր գործընկերները CaCO3-ի բեղիկների տարբեր համամասնություններ են խառնել փայտի ալյուրի և բարձր խտության պոլիէթիլենի հետ՝ CaCO3/բարձր խտության պոլիէթիլենի/փայտի ալյուրի կոմպոզիտային նյութեր ստանալու համար: Նրանց հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ երբ CaCO3-ի խառնուրդի քանակը 7% է, ձգման ամրությունը հասնում է 28.3 ՄՊա գագաթնակետային արժեքի: Բարձր խտության պոլիէթիլենի/փայտի փոշու կոմպոզիտային նյութի (19.7 ՄՊա) համեմատ, այն ավելանում է 43.7%-ով, մինչդեռ ծռման և հարվածային ամրությունը ավելանում են 19.2%-ով և 20.1%-ով: