Исследование реологических свойств полимерных материалов со скользящими добавками

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«МИРЭА – Российский технологический университет»
РТУ МИРЭА


Институт тонких химических технологий М.В. Ломоносова
Кафедра химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов


РАБОТА ДОПУЩЕНА К ЗАЩИТЕ

Заведующий кафедрой


Подпись
Симонов-Емельянов И.Д.

ФИО

«____» _______________ 20___ г.


ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА


по направлению подготовки бакалавра
18.03.01





Химическая



















технология











Код направления подготовки



Наименование










ХТПП и ПК

















направления подготовки










на тему:
Исследование реологических свойств полимерных материалов со



скользящими добавками










Обучающийся
______________




Якименко Иван Александрович






Подпись




Фамилия Имя Отчество



Шифр

13-01-0428

















































Группа


ХЕБО-11-14




















Руководитель







Ассистент кафедры

Юркин Александр


работы

______________



















_______ХТПП и ПК________



Алексеевич







Подпись
Ученая степень, ученое звание, должность



ФИО


Консультант






Старший преподаватель



Ткаченко Елена



(при наличии)

______________



кафедры БТ и У

Константиновна


__________________

















Подпись
Ученая степень, ученое звание, должность



ФИО



Москва 2018 г.

АННОТАЦИЯ



      Объем выпускной квалификационной работы – 53 страницы, количество рисунков – 17, таблиц – 16, количество использованных источников – 14.

      Объектами данного исследования являются композиции полиэтилена высокой плотности марки 277-73 и полиэтилена низкой плотности марки 10803-020 с реологической добавкой на основе смеси монтанового и эфирных восков.

      Целью данного исследования является изучение реологических свойств полимеров с введением скользящих добавок.

На основании полученных результатов сделаны следующие выводы:

      1. Выполнен литературный обзор по применению реологических добавок и количественной оценке эффекта скольжения.

2. Исследованы  реологические  свойства  полиэтилена  высокой  плотности  марки

277-73 и полиэтилена низкой плотности марки 10803-020.

      3. Исследованы реологические свойства композиций данных полиэтиленов с реологической добавкой на основе смеси монтанового и эфирных восков.

      4. Дана количественная оценка эффективности действия реологической добавки в зависимости от марки полиэтилена.

5. Оптимизировано содержание вводимой добавки для выбранных марок полиэтилена.

ANNOTATION


      The volume of the final qualifying work is 53 pages, the number of drawings is 17, the tables 16, the number of sources used is 14.

      The objects of this study are high density polyethylene compositions of grade 277-73 and low density polyethylene of grade 10803-020 with a rheological additive based on a mixture of montane and ethereal waxes.

      The purpose of this study is to study the rheological properties of polymers with the introduction of sliding additives.

Based on the results obtained, the following conclusions are made:

      1. A literature review on the application of rheological additives and a quantitative evaluation of the slip effect was performed.

      2. The rheological properties of high density polyethylene of grade 277-73 and low density polyethylene of grade 10803-020 have been investigated.

      3. The rheological properties of the compositions of these polyethylenes with a rheological additive based on a mixture of montane and ethereal waxes were studied.

      4. The quantitative evaluation of the effectiveness of the rheological additive depending on the brand of polyethylene is given.

5. The content of the added additive for the selected grades of polyethylene is optimized.





МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования

«Московский технологический университет»
МИТХТ


Институт тонких химических технологий М.В. Ломоносова
наименование института (полностью)
Кафедра химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов
наименование кафедры (полностью)



СОГЛАСОВАНО


УТВЕРЖДАЮ

Заведующий

Директор


кафедрой ____________________________
института ___________________________

подпись


подпись

Симонов-Емельянов Игорь Дмитриевич

Маслов Михаил Александрович

Фамилия Имя Отчество


Фамилия Имя Отчество

«______»
______________
20______ г.
«______»
______________
20______ г.


ЗАДАНИЕ
на выполнение выпускной квалификационной работы бакалавра



Обучающийся




Якименко Иван Александрович


Фамилия Имя Отчество


Шифр



13-01-0428


Направление

подготовки


18.03.01


«Химическая технология»



индекс направления


наименование направления



Группа


ХЕБО-11-14



1. Тема выпускной квалификационной работы

«Исследование реологических свойств полимерных материалов со скользящими добавками»

2. Цель и задачи выпускной квалификационной работы

Цель работы: изучение реологических свойств ПЭВП и ПЭНП с введением монтанового и эфирного воска.

Задачи работы:

      1. Исследование реологических свойств полиэтилена низкой плотности марки 10803-020 и полиэтилена высокой плотности марки 277-73.

      2. Создание композиций на основе выбранных марок полиэтилена с реологической добавкой на основе смеси монтанового и эфирных восков.

      3. Исследование реологических свойств композиций полиэтиленов с реологической добавкой.

      4. Оценка эффективности действия реологической добавки в зависимости от марки полиэтилена.

      5. Оптимизация содержания реологической добавки для выбранных марок полиэтилена.


3. Этапы выпускной квалификационной работы



№
Содержание этапа выпускной квалификационной
Результат
Срок



выполнения этапа


этапа
работы

выполнения



ВКР







1
Анализ литературных данных по теме ВКР и
Выполнено
27.02.2018


оформление литературного обзора








2
Изучение методик
Выполнено
07.03.2018






3
Выполнение экспериментальной части работы
Выполнено
20.05.2018






4
Завершение оформления пояснительной записки
Выполнено
27.05.2018


к ВКР








5
Анализ литературных данных по теме ВКР и
Выполнено
27.02.2018


оформление литературного обзора















4. Перечень разрабатываемых документов и графических материалов Презентация, отражающая основное содержание работы.



5. Руководитель выпускной квалификационной работы

Функциональные
Должность в
Фамилия Имя Отчество

Подпись

обязанности
Университете










Руководитель ВКР
Ассистент
Юркин Александр





Алексеевич















Задание выдал

Задание принял к исполнению


Руководитель ВКР:_____________________
Обучающийся:__________________________


подпись
подпись


«   » _________  201_ г.
«   » __________ 201_ г.



Оглавление

1. Аналитический обзор литературы……………………………………….…………..10

1.1. Реологические добавки или смазки (добавки, облегчающие переработку

полимеров)…………………………………………………………………………………….....10

1.1.1. История появления технологии процессинговых

добавок………………………………………………………………………………………..…....10

1.1.2. Введение процессинговых добавок в полимер……………………………….….11

1.1.3. Основные направления применения процессинговых добавок…...……….....12

1.1.4. Принцип действия процессинговых добавок…………………………………....15

1.1.5. Взаимодействие реологических добавок с другими добавками…...…...….….17

1.1.6. Примеры добавок…………………………………………………………………....17

1.2. Теории и количественная оценка эффекта пристенного скольжения….….18

2. Теоретическая часть……………………………………………………………………...21 2.1. Объекты исследования…………………………….......…………….………………..21 2.1.1. ПЭНП 10803-020……………………………………………………………………..21

2.1.2. ПЭВП 277-73………………………………………………………………………….22

2.2. Методика определения реологических характеристик расплавов

полимерных материалов при течении с эффектами скольжения…………...……....23

2.2.1. Оборудование………………………………………………………………………...24

2.2.2. Подготовка к проведению испытания………………………………………...….24

2.2.3. Проведение испытания……………………………………………………………..25

2.2.4. Обработка результатов……………………………………………………………..25

3. Экспериментальная часть………………………………………………...…………....32

4. Экономическая часть…………………………………………………………………….41 4.1. Разработка бизнес-плана……………………..……………………………………….41

4.1.1. Описание продукта………………………………………………...………………..41

4.1.2. Маркетинговый план	41

4.1.3. Оценка риска……………………………...…………………………………………42

4.2. Организационный план……………………………………………………………....42

4.3. Расчет договорной цены………………………………………………………………45

4.3.1. Материалы и покупные изделия и полуфабрикаты (за вычетом отходов)…45

4.3.2. Расчет амортизации установок, приборов и оборудования……………………46

4.3.3. Основная заработная плата научного и производственного персонала……..47

4.3.4. Дополнительная заработная плата научного и производственного

персонала……………………………………………………………………………………..…....47

4.3.5. Страховые взносы в социальные фонды………………………………………...48

4.3.6. Расходы на научные и производственные командировки………………….…48

4.3.7. Оплата работ, выполненных сторонними организациями и

предприятиями…………………………………………………………………………………...48

4.3.8. Прочие прямые расходы……………………………………………………………48

4.3.9. Накладные расходы…………………………………………………………………49

4.3.10 Полная себестоимость работ……………………………………………………...49

4.3.11. Определение договорной цены………………………………………………..….50

  4.4. Технико-экономическое обоснование целесообразности выполнения проекта……………………………………………………………………………………………51
Вывод………………………………………………………………………………………….….52

Список использованных источников и литературы……………………………...53

Введение



      Рост производства полимеров обусловлен расширением их марочного ассортимента и объемов выпуска полимерных материалов упаковочного назначения на основе полиолефинов. Кроме того, постоянно расширяется линейка полимерных композиционных материалов, отдельные модификации которых создаются под конкретное применение и имеют разнообразный спектр потребительских свойств. Естественно, что внедрение новых полимерных композиционных материалов, технологий их получения и переработки происходит на основе достижений современной науки о полимерах, по праву относящейся к разряду фундаментальных и базирующейся на новейших достижениях химии и физики макромолекул, механики, теплофизики и реологии полимеров, моделирования процессов получения и переработки полимерных материалов, физико-химических исследованиях закономерностей формования изделий из пластмасс, а также расч?тах и конструировании специального и уникального оборудования для получения многообразных видов готовой полимерной продукции. Все возрастающие насущные потребности производства – энергетика, массовое производство и переработка полимерных материалов и полимерных композиционных материалов стимулируют исследования и инженерные разработки по реодинамике реологически сложных сред. На переработку полимерных материалов и композитов на их основе затрачивается огромное количество энергии и ресурсов. Обоснованный выбор и эффективное использование сырья при переработке реологически сложных текучих сред представляются с энергетической и экономической точки зрения важной народнохозяйственной проблемой.

Для оптимизации процессов переработки, связанных с течением расплавов полимеров

и полимерных композитов, необходимо знать их реологические характеристики, в том числе

и с введением скользящих добавок.

      Введение в перерабатываемый материал различных процессинговых и реологических добавок: внутренних и внешних смазок, лубрикантов, пластификаторов, стабилизаторов и др. в расплав полимеров и полимерных композитов приводит к изменению механизма течения расплава полимера, в том числе, за счет появления пристенного скольжения по поверхности оснастки. Это повышает производительность перерабатывающего оборудования; снижает диссипативный разогрев, ориентационные эффекты и остаточные напряжения; увеличивает стойкость к растрескиванию и формоустойчивость изделий.

      На современном рынке добавок для переработки полимеров существует множество различных предложений. Как правило, реологические добавки предлагают для конкретного полимера или ряда полимеров. Они могут состоять из одного компонента или представлять

собой смесь компонентов, так называемые комплексные добавки. В основном, в промышленности используются комплексы сбалансированных добавок, которые дополняют

и усиливают действия друг друга. Для одного и того же полимера существуют десятки различных наименований реологических добавок от разных фирм производителей по существенно различающимся ценам, поэтому подобрать добавку, наиболее эффективную для данного полимера, представляется также сложной задачей. В настоящее время способа для быстрого и с малыми затратами определения эффективности действия реологической добавки для конкретного полимера практически не существует.

      Целью данного исследования является изучение реологических свойств полимеров с введением скользящих добавок.

      Для достижения цели работы были поставлены и последовательно решены следующие задачи:

? Исследование реологических свойств полиэтилена низкой плотности марки 10803-020 и полиэтилена высокой плотности марки 277-73.

? Создание композиций на основе выбранных марок полиэтилена с реологической добавкой на основе смеси монтанового и эфирных восков.

? Исследование реологических свойств композиций полиэтиленов с реологической добавкой.

? Оценка эффективности действия реологической добавки в зависимости от марки полиэтилена.

? Оптимизация содержания реологической добавки для выбранных марок полиэтилена.

1. Аналитический обзор литературы



1.1. Реологические добавки или смазки (добавки, облегчающие переработку полимеров)


      Термин добавки, облегчающие переработку полимеров, объединяет несколько различных классов соединений, позволяющих облегчить течение расплавов высокомолекулярных полимеров в каналах формообразующего инструмента.

      Вещества этой группы входят в рецептурный состав пластических масс и смешиваются с другими компонентами (гранулы и порошки полимера, пигменты и прочее), как правило, непосредственно перед переработкой в изделия.

      Смазки необходимы для предотвращения прилипания изделия к поверхности формующего инструмента. При остывании расплава смазки мигрируют к поверхности изделия, образуя защитный антиадгезионный слой. Таким образом, по механизму действия они существенно отличаются от пластификаторов. Из сказанного также следует, что при расплавлении пластмассы вещества этой группы распределяются по всему объему расплава и, следовательно, влияют на его реологические свойства и, прежде всего, на эффективную вязкость, как правило, в сторону ее снижения.

      Положительный эффект от введения смазок и реологических добавок наблюдается независимо от полярности полимера и степени растворимости в нем этих веществ.

      В качестве смазок используют чаще всего полиэтиленовые воски, олеиновая или стеариновая кислоты, стеараты кальция или цинка, парафины, силиконы. Практика показывает, что нанесение одного процента олеиновой кислоты на поверхность гранул полипропилена уменьшает его вязкость на 40-60 %.

      Количество смазок и реологических добавок не должно превышать минимально необходимого. Избыток таких добавок приводит к снижению прочности и химической стойкости пластмасс [1].


1.1.1. История появления технологии процессинговых добавок


      В процессе синтеза полимеров (в основном полиолефинов) образуется широкий спектр макромолекул разной длины, в том числе и очень коротких, с низкой молекулярной массой, так называемый «хвост». Влияние коротких макромолекул на физико-механические свойства полимеров отрицательно, поэтому основные усилия уч?ных были направлены на

совершенствование катализаторов и технологии синтеза с целью создания полимеров с улучшенными свойствами.

      Влияние «хвоста» непосредственно на процесс переработки полимеров было выявлено после усовершенствования технологии синтеза полимеров, приведшей к получению полимеров (ПЭ и ПП) с узким молекулярно-массовым распределением. Переработка таких полимеров значительно усложнилась. Это и позволило сделать вывод о положительном влиянии низкомолекулярных компонентов на перерабатываемость полимерных материалов.

      Другим фактором, приведшим к появлению процессинговых добавок, было использование стеаратов металлов и производных высших жирных кислот (ВЖК) для улучшения текучести полимерного расплава, предотвращения зависания материала в бункере, снижения коэффициента трения и т.д. Однако, основным недостатком как восков, так и низкомолекулярных стеаратов и производных ВЖК является низкая термостабильность, приводящая к образованию нагара на формообразующем инструменте.

      С развитием технологии процессинговых добавок их эффективность значительно повысилась, расширилась область их применения, появились процессинговые добавки не только для линейного полиэтилена, но и для высокомолекулярного ПЭВП, полипропилена,

для полистирола и его сополимеров, для полиамидов и т.д.


1.1.2. Введение процессинговых добавок в полимер


      Существуют два основных метода введения процессинговых добавок в полимер. Первый – производитель полимера вводит процессинговую добавку на стадии грануляции полимера после синтеза и второй – введение добавок непосредственно при переработке полимера в изделие. Оба метода имеют свои достоинства и недостатки. При введении процессинга на стадии грануляции смешение получается более однородным, производитель сырья хорошо знает особенности каждой конкретной марки, и в состоянии подобрать наиболее подходящий продукт. С другой стороны, при введении на стадии грануляции невозможно учесть особенности перерабатывающего оборудования, режимов, которые будут выбраны для переработки и т.д. Это приводит к тому, что для некоторых производителей количество добавки является избыточным (что, в принципе, не ухудшает перерабатываемости, но влияет на цену), а для некоторых недостаточным. Обычно производители сырья вводят минимально необходимое количество процессинга, чтобы не увеличивать неоправданно цену, и рекомендуют вводить дополнительное количество процессинга в процессе переработки при необходимости.

      Второй путь – введение на стадии переработки в изделие – более гибок, т.к. позволяет учитывать особенности оборудования и режимов, а также использовать разные марки сырья, просто изменяя дозировки процессинговой добавки. Но и при этом методе есть сложности.

      Эффективность процессинговых добавок очень сильно зависит от качества их смешения с базовым полимером. Процессинговые добавки вводятся в очень небольшом количестве (0,04-0,05%) и для того, чтобы достичь качественного смешения с

перерабатываемым материалом необходимо использовать суперконцентраты. Представленные на рынке материалы содержат от 2 до 5% процессинговой добавки. Чем меньше размер частиц, тем выше эффективность суперконцентрата. В любом случае для оптимальной работы размер частиц не должен превышать 2 мкм.


1.1.3. Основные направления применения процессинговых добавок


      Процессинговые добавки используются для улучшения следующих параметров производственного процесса:

? Устранение поверхностных дефектов

До сих пор механизм возникновения этого явления является предметом обсуждения.

Тем не менее, можно отметить две основных причины возникновения такого явления. Первое – эффект акульей кожи – вследствие разницы коэффициента внутреннего

трения полимера и коэффициента трения материала по металлической оснастке скорости течения в середине потока расплава и около стенки различаются очень сильно. Как только материал выходит из зазора, скорости начинают выравниваться, и в пристенном слое возникают большие сдвиговые напряжения, вызывающие разрыв расплава в этом месте.

      Второе – это аномалия вязкости, развивающаяся в пристенных слоях, которая является причиной возникновения дефектов на поверхности экструдата, срыва струи и пробкового течения. Механизм этих явлений заключается в резком возрастании высокоэластической деформации под действием высоких скорости и напряжения сдвига в пристенных слоях. При определенных значениях скорости течения и высокоэластической деформации в наружном и пристенном слоях наступает отрыв наружного слоя в виде кольца (т.е. возникающие напряжения становятся больше прочности адгезионного взаимодействия полимер - металл). На выходе из головки экструдера это кольцо наружного слоя релаксирует, (т.е. поворачивается в вертикальной плоскости), в результате чего образуется искажение в форме «елочки» и другие нарушения поверхности пл?нки.

      В пределе, с увеличением давления или скорости сдвига выше критического, в пристенных слоях происходит срыв струи, при котором расплав течет относительно

наружного слоя, а не стенок капилляра. Увеличенные скорости сдвига придают течению пробковый характер с резко возросшими расходами. Пробковое течение может быть реализовано и без срыва струи за счет скольжения в наружном слое полимера с низкой вязкостью, что наблюдается при введении в полимер низковязких компонентов.

      Обе теории оперируют понятием критического напряжения сдвига (или критической скорости сдвига). Введение процессинговых добавок существенно задерживает процесс достижения этой критической величины.


? Предотвращение образования нагара на формообразующем инструменте

Другим немаловажным преимуществом от использования процессинговых добавок

является значительное сокращение количества нагара на формообразующих поверхностях. Следует отметить, что нагар образуется не только при выходе расплава из щелевого зазора головки, что приводит к образованию полос на пл?нке, но и внутри экструзионной головки, в винтовых каналах, что приводит к снижению производительности, увеличению разнотолщинности, образованию большого количества геликов и т.д. Отложения обычно представляют собой подгоревшие низкомолекулярные компоненты полимера и остатки пигментов, наполнителей и добавок (скользящих, антистатиков) с низкой термостабильностью.

      Устранение отложений как на поверхности, так и в каналах формообразующего инструмента происходит за сч?т формирования на металле слоя процессинговой добавки, который предотвращает налипание полимера, сокращает время пребывания материала и, как следствие, термодеструкцию. Кроме того, процессинговые добавки обладают чистящим действием, вытесняя ч?рные точки со шнека и головки на начальном этапе работы. Выход большого количества ч?рных точек после введения процессинговых добавок может продолжаться от нескольких минут до часа, в зависимости от загрязн?нности экструдера и концентрации добавки и параметров процесса (температура, давление, скорость). Следовательно, с целью экономии времени и сырья оборудование перед применением процессинга необходимо очистить с помощью специальных концентратов либо механически.


? Увеличение производительности

Увеличение  производительности  является  одним  из  определяющих  факторов  в

минимизации издержек и снижении себестоимости продукции. К увеличению производительности можно отнести не только выход готового продукта как такового, но и сокращение времени на очистку и обслуживание оборудования, снижение количества брака и т.д. Применение процессинговых добавок облегчает процесс течения расплава полимера в

узких каналах, значительно снижает давление в головке и нагрузку на валу. Обычно эффективность добавки оценивают именно по этим параметрам.


? Снижение количества геликов

Провед?нные относительно недавно исследования позволяют говорить о снижении

количества геликов, образующихся в процессе переработки полиолефинов, в присутствии процессинговых добавок. Считается, что механизм этого процесса схож с механизмом предотвращения образования нагара, т.к. гелики – это частицы сшитого или окисленного полимера. Процессинговые добавки покрывают внутреннюю поверхность материального цилиндра тонким слоем, и предотвращают накопление низкомолекулярных остатков снижая, таким образом, склонность материала к «сшиванию» и образованию геликов. Обычно, для предотвращения образования геликов рекомендуется вводить 0,01-0,03% добавки. Кроме того, иногда гелики представляют собой частицы нерасплавленной высокомолекулярной фракции, присутствующей в полимере. Обычно, такие частицы образуются при преждевременном подплавлении гранул полимера в зоне загрузки экструдера. Лучше всего это заметно при переработке окрашенных материалов – расплав выходит с разводами, что указывает на неверно выбранный температурный режим и неоднородное распределение пигмента. Хорошо известно, что для получения качественного расплава необходимо, чтобы в зоне пластикации полимер образовывал тв?рдую, уплотн?нную плавящуюся пробку. Интенсивные сдвиговые напряжения в этой зоне обеспечивают «перетирание расплава», что обеспечивает однородность плавления и перемешивания. Это относится не только к самому полимеру, но и к введ?нным добавкам (пигменты, наполнители, модификаторы и т.д.).


? Облегчение переработки вторичных пластмасс

При вторичной переработке пластмасс возникает множество проблем, так как обычно

перерабатывают смеси полиэтиленов с разной плотностью, молекулярной массой и температурной предысторией. Вторичная переработка полиэтилена приводит к «сшиванию» макромолекул, повышению вязкости и, как следствие, росту нагрузки на привод. Процессинговые добавки позволяют снизить давление и предотвратить образование поверхностных дефектов Естественно, процессинговые добавки не могут улучшить совместимость вторичных полимеров и улучшить физико-механические свойства смеси, но снижение давления позволит обеспечить переработчику большую гибкость в процессе переработки при выборе температурного режима и скорости и получить изделие с поверхностью приемлемого качества.

1.1.4. Принцип действия процессинговых добавок


На рис. 1 показан профиль распределения скорости движения расплава полимера.

















Рисунок 1 – профиль распределения скорости движения расплава полимера


      На рис. 2 изображ?н профиль распределения скоростей в присутствии скользящей добавки.


















Рисунок 2 – профиль распределения скоростей в присутствии скользящей добавки.


      Полярные процессинговые добавки обычно вводятся в количестве от 0,01 до 0,1%. Они несовместимы с неполярными полиолефинами, и образуют в матрице перерабатываемого полимера дисперсную фазу с размером частиц около микрона (если правильно выбран режим смешения). Качество смешения добавки с полимером – очень важный фактор, чем мельче частицы добавки, тем большее их количество достигнет поверхности головки за единицу времени. При прохождении расплава через головку частицы процессинга постепенно достигают поверхности головки, и, со временем, образуют скользящий слой. Следует отметить, что при введении процессинговых добавок возможны колебания производительности, что связано с неоднородным покрытием поверхности головки на начальном этапе. По прошествии некоторого времени, который называют

кондиционирование (обычно 15-20 минут), процесс стабилизируется, дефекты поверхности исчезают, нагрузка на валу значительно снижается.

      Частицы процессинга постепенно уносятся с поверхности головки расплавом полимера. Различные абразивные субстанции в полимере (пигменты, антиблокинги и т.п.) ускоряют этот процесс. Таким образом, существует равновесная точка между отложением процессинга на поверхности головки из расплава и его уносом. Условия процесса (температура, скорость, другие добавки) влияют на соотношение скорости уноса и осаждения добавки, поэтому при изменении условий необходимо корректировать и содержание процессинга.

      Процессинговые добавки следует выбирать и с уч?том вязкости перерабатываемого полимера. Большинство добавок, представленных на рынке, разработаны для линейного ПЭНП с ПТР=1-2 г/10мин. или чуть ниже и бимодального ПЭВП с широким молекулярно массовым распределением.

      Тип и количество функциональных групп также могут влиять на эксплуатационные качества процессинговых добавок. По некоторым литературным данным возможно взаимодействие кислотных групп добавки с оксидами и гидроксидами на поверхности головки, улучшающее адгезию. В то же время, другие исследовательские группы сообщают об отсутствии зависимости эффективности добавки от содержания функциональных групп, а третьи сообщают об отрицательном влиянии на свойства. По-видимому, это зависит от совместимости конкретной добавки с материалом конкретной фильеры, и не может быть учтено заранее.

      Одним из факторов, влияющим на эффективность процессинговых добавок является градиент сдвиговых напряжений в каналах экструзионной головки. При больших скоростях сдвига профиль течения расплава довольно острый (рис. 1). Градиент напряжений сильно способствует продвижению процессинговой добавки к стенкам канала. Однако, если скорость сдвига очень высока, то начинается аномалия вязкости, препятствующая однородному покрытию добавкой стенок канала. Таким образом, оптимальной скоростью при кондиционировании является максимальная, но не вызывающая образования «елочки». Сдвиговые напряжения обратно пропорционально зависят от температуры, т.е. изменить режим течения можно как увеличением скорости, так и пут?м понижения температуры, что приводит к увеличению сдвиговых напряжений, и может способствовать более эффективному осаждению процессинговой добавки на стенках канала.

1.1.5. Взаимодействие реологических добавок с другими добавками


      По мере развития технологии процессинговых добавок предпринимались многочисленные исследования возможных взаимодействий с другими компонентами в полимерных композиционных материалах.

      Некоторые соединения способны усилить действие процессинговых добавок. В настоящее время промышленно применяются только полиэтиленгликоль (в основном служит для предотвращения образования геликов). Механизм синергического эффекта до конца не ясен, и является предметом обсуждения.

      Большинство неорганических наполнителей, пигментов и добавок, применяемых при переработке пластмасс способны адсорбировать процессинговые добавки. В наибольшей степени это относится к кварцу (антиблокинг), мелу (наполнитель, антисплит), тальку (наполнитель, нуклеатор) и основным неорганическим пигментам – диоксиду титана и саже. Эффективность процессинговой добавки снижается с увеличением площади поверхности наполнителя и повышением полярности. В большинстве случаев эта проблема решается увеличением дозировки добавки. Сами процессинговые добавки не оказывают отрицательного влияния на наполнители и пигменты [4].


1.1.6. Примеры добавок


? Полиэтиленовый воск

Полиэтиленовый воск – синтетическое соединение, получаемое по методу Фишера –

Тропша посредством синтеза газа. Характеризуется наличием цепных насыщенных молекул с оптимальной длиной (С20 – С70), способных к образования кристаллов.

      Полиэтиленовые воски, получаемые из чистого этилена, отличаются отсутствием функциональных групп и применяются в качестве внешней смазки. Для окисленных полиэтиленовых восков характерно наличие разного количественного состава кислотных групп, благодаря чему легко достигается эмульгация. Присутствуют свойства внутренней и внешней смазки [2].


? Стеараты кальция и цинка

      Стеарат цинка - представляет собой однородный тонкий, мягкий аморфный порошок белого цвета. Стеарат цинка используется в качестве смазывающего агента при переработке целого ряда пластмасс. Является термо- и свето-стабилизатором изделий из ПВХ, обычно вводится совместно со стеаратами кальция, свинца, бария, кадмия (при производстве

линолеума, искусственных кож, обувных пластикатов, упаковочной пленки и т.д.). Дозировка при использовании в композициях пластмасс 0,1 - 1% масс. В производстве пресс-порошков стеарат цинка используется в качестве смазывающего вещества, предотвращает прилипаемость пресс-материалов к валкам, шнекам в процессе изготовления и к формам при переработке в изделия. Уплотняющая смазка в сложноэфирных пропитках для листовых формовочных материалов, стеклонаполненных премиксов и т.п.

      Стеарат кальция – это смесь кальциевых солей и смеси стеариновой и синтетических жирных кислот. Представляет собой однородный порошок от белого до желтовато-белого цвета. Используется при переработке пластмасс, в ПВХ используется в твердых и мягких продуктах, в других полимерах стеарат кальция используется в качестве акцептора кислоты и ускорителя переработки [3].


? Полиорганосилоксаны

Полидиметилсилоксан   и   другие   силиконсодержащие   полимеры   первоначально

разрабатывались в качестве релиз-агентов, облегчающих извлечение изделия из литьевой формы. Это жидкие масла, не совместимые с полимером. При охлаждении полимера в форме они очень быстро мигрируют и набирают максимальную концентрацию на поверхности изделия. Это свойство является большим преимуществом при использовании полиорганосилоксанов в качестве процессинговых добавок при экструзии. Однако, поверхностная активность (химический потенциал) пл?нок значительно снижается, и такие пл?нки практически не поддаются термической сварке и не воспринимают печать. В основном, такие материалы используются при листовой экструзии полистирола, труб и т.п., которые не требуют запечатки или термической сварки. Помимо ускорения процесса экструзии, соединения этого типа позволяют улучшить блеск и глянец поверхности листов за сч?т устранения микрошероховатостей на поверхности [4].


1.2. Теории и количественная оценка эффекта пристенного скольжения



      Теория пристенного скольжения жидкостей по твердым поверхностям была разработана Д. М. Толстым [5]. Впервые аналитическое решение простейшей задачи о распределении скорости в ламинарном пограничном слое на пластине было получено Блазиусом [6] в 1908 г. Однако, при решении подобных задач применительно к расплавам полимеров возникают проблемы, связанные со сложностью определения их напряженно-деформированного состояния в пристенной области, толщины этой области, влиянием наполнителей, состояния поверхностей стенок и т. д.

      В современной научно-технической литературе рассмотрены различные вопросы, связанные с эффектом пристенного скольжения. Ю.М. Йоши и др. [7] разработали модель скольжения, основанную на изменении энергии адгезии расплава полимера к поверхности формующей оснастки. П.А. Томпсон и С.М. Троян [8] представили результаты моделирования поведения неньютоновских жидкостей при сдвиговых напряжениях и указали на нелинейную зависимость между скольжением и скоростью сдвига на стенке канала. Н. Мюнстед и др. [9] исследовали поведение смесей полиэтилена в щелевом канале и обнаружили эффект скольжения при достаточно низких скоростях сдвига. С. Граник [10] показал, что у.......................