МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА – Российский технологический университет» РТУ МИРЭА Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова Кафедра философии Кафедра химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов Реферат по дисциплине «Технология производства полимерных композиционных материалов» Тема: Технология производства ударостойкого материала на основе ПА6 Выполнил - студент группы ХЕМО 05-18: Бовырин Д.А. Проверил, доц. Ушакова О. Б. МОСКВА 2018 Полиамид-6 гидролитической (-(-NH-(CH2)5-CO-)n) - полимер, получаемый путём полимеризации капролактама. Процесс ведется в присутствии воды, играющей роль активатора, при температуре 240-270°С и давлении 15-20 кгс/см2 в атмосфере азота. Производство полиамидов осуществляется двумя способами: • полимеризацией капролактама (для поли-е-капрамидов), которая осуществляется преобразованием циклической связи N-C в линейный полимер; • цепной реакцией поликонденсации гексаметилендиамина и адипиновой кислоты (для поли-ц-бензамидов), в результате которой формируются цепи полиамида. Оба процесса могут выполняться в непрерывном (самый распространенный) и периодическом режимах. [1] Благодаря обусловленному полиамиды, сильному межмолекулярному водородными представляют связями собой, между взаимодействию, группами труднорастворимые -CO-NH-, высокоплавкие полимеры с температурой плавления 180-250°С (Тпл ПА-6=220°С). Полиамиды применяются, прежде всего, для получения синтетического волокна. Вследствие нерастворимости в обычных растворителях прядение ведется сухим методом из расплава с последующей вытяжкой. Хотя полиамидные волокна прочнее натурального шелка, трикотаж и ткани, изготовленные из них, значительно уступают по гигиеническим свойствам из-за недостаточной гигроскопичности полимера. Полиамиды используются для производства технических тканей, канатов, рыболовных сетей. Шины с каркасом из полиамидного корда более долговечны. Полиамиды перерабатываются в очень прочные конструкционные изделия методами литья под давлением, прессования, штамповки и выдувания. Полиамид-6 обладает хорошими антифрикционными и прочностными характеристиками, стоек к воздействию масел, спирта, слабых растворов кислот и щелочей, а также бензина. Он так же используется при 2 изготовлении различных технических изделий, которые используются в машиностроении, автомобилестроении и прочих отраслях. Так он может применяться при изготовлении: • Подшипников скольжения, направляющих, а также вкладышей узлов трения. Нагрузка на элементы из полиамида может достигать 20 МПа, но только при использовании масляной, водяной или же иной смазки. • Блоков, шкивов, колёс различных грузоподъёмных механизмов, таких как, гидравлические тележки, краны-балки, транспортёры и конвейеры. Тяговое усилие не должно превышать 30 тонн. • Корпусов для разнообразных приборов, а также для ступиц колес вагонеток, тележек, различных фильтров с повышенными требованиями по ударостойкости. • Различных шестерён и звездочек, использование полиамида позволяет снизить уровень шума при производстве, вплоть до 15 ДБ • Деталей уплотнения для дозаторов, сепараторов, оборудования РТИ (с успехом заменяет фторопласт), а также для манжет высокого давления (способен выдержать давление до 500 атмосфер) • Обвалочных и разделочных столов в пищевой промышленности • Детали конвейеров, мясоперерабатывающей используемых промышленности. в Детали рыбной и конвейеров по производству напитков. [2] Наименование Эскизы заготовок Размер заготовок, мм Плиты H=70-300 Стержни D=20 - 120 L=600-1200 Круги D=100-815 H=120-300 3 Наименование Эскизы заготовок Размер заготовок, мм Втулки D=80-735 d=35-650 L=500-1400 Листы H=15-50 B=650 L=1100 Рисунок 1 – Конфигурация заготовок из полиамида 6 [2] Показатель Внешний вид Значение показателя Гранулы от белого до светло-желтого цвета или окрашенные Количество инородных и окисленных 18 частиц, на 100 г продукта, шт, не более Размер гранул (длина), мм 1,5 ‒ 4,0 Температура плавления, не менее, °С 215 Массовая доля воды, %, не более 0,2 Относительная вязкость, 2,6 ‒ 3,2 не менее в пределах Массовая доля экстрагируемых 1,5 веществ, не более, % Массовая доля непрорубленных 0,5 гранул до 20 мм, не более, % Таблица 1 – Свойства полиамидa-6 210/310 (ОСТ 6‒06-С9‒93) Марка Описание ПА 6‒210/310 Полиамид ПА 6 Полиамид ПА 6 ПА 6‒210/311 наличие добавки Низковязкий полиамид ПА 6 ПА 6‒130 c долей экстрагируемых веществ не более 13% ПА 6‒211-ДС Стеклонаполненный (длинное (первый и высший сорт) стекло) средняя вязкость ПА 6 с двуокисью титана ПА 6‒211‒04 средняя вязкость Термостабилизированный ПА 6 ПА 6‒211‒12 средняя вязкость Свето-термостабилизированный ПА 6‒211‒15 средняя вязкость Стабилизированный медным комплексом ПА 6‒211‒17 средняя вязкость ПА 6‒211‒21 С добавлением сажи 4 Нормативный документ ОСТ 6‒06-С9‒93 ОСТ 6‒06-С9‒93 ОСТ 6‒06-С9‒93 ГОСТ 17648‒83 ОСТ 6‒06-С9‒93 ОСТ 6‒06-С9‒93 ОСТ 6‒06-С9‒93 ОСТ 6‒06-С9‒93 ОСТ 6‒06-С9‒93 Марка Описание средняя вязкость Окрашенный ПА 6‒211‒22 средняя вязкость Стеклонаполненный (короткое ПА 6‒210-КС стекло) средняя вязкость Стеклонаполненный (короткое ПА 6‒211-КС стекло) средняя вязкость Стеклонаполненный (длинное ПА 6‒210-ДС стекло) средняя вязкость Стеклонаполненный ПА 6 ЛСВ30 (30% стекловолокна) средняя вязкость Полиамид Угленаполненный УПА 6‒5 (5% углеволокна) Полиамид Угленаполненный УПА 6‒10 (10% углеволокна) Полиамид Угленаполненный УПА 6‒15 (15% углеволокна) Полиамид Угленаполненный УПА 6‒20 (20% углеволокна) Полиамид Угленаполненный УПА 6‒30 (30% углеволокна) Полиамид Угленаполненный УПА 6‒40 (40% углеволокна) Таблица 2 - марки полиамида 6 [3] Показатель Нормативный документ ОСТ 6‒06-С9‒93 ОСТ 6‒11‒498‒79 ОСТ 6‒11‒498‒79 ГОСТ 17648‒83 ТУ 6‒06‒204‒91 ТУ 6‒12‒31‒654‒89 ТУ 6‒12‒31‒654‒89 ТУ 6‒12‒31‒654‒89 ТУ 6‒12‒31‒654‒89 ТУ 6‒12‒31‒654‒89 ТУ 6‒12‒31‒654‒89 Значение 1,13 ‒ 1,14 215 Плотность, г/см³ Температура плавления, °C, не ниже Относительное удлинение при разрыве, %, не менее Ударная вязкость на образцах с надрезом, кДж/м², не менее Предел текучести при растяжении, МПа, не менее Твердость, МПа, не менее Температура размягчения при напряжении изгиба 1,85 МПа,°С, не менее Модуль упругости при изгибе, ГПа Разрушающее напряжение при изгибе, МПа Разрушающее напряжение при растяжении, МПа, не менее 70 ‒ 110 5,0 65 100 45 1,9 ‒ 2,0 60 ‒ 70 50 Водопоглощение, % за 1 час кипячения максимальное 3,5 10 ‒ 11 0,28 Коэффициент теплопроводности 5 Показатель при 20‒150 °С, Вт/м·К Средний коэффициент линейного теплового расширения *10-5, 1/К в интервале температур от ‒70 до +20 °C от 20 до 160 °C Изгибающее напряжение при величине прогиба равной 1,5 толщины образца, МПа Напряжение при относительной деформации сжатия 25%, Мпа Коэффициент трения по стали Износ по сетке, мм³/(м·см²) Теплостойкость по Вика, °C при нагрузке 9,8 Н Прочность при разрыве, МПа Усталостная прочность при 10⁶циклов (при 50 Гц), МПа Динамический модуль Юнга, МПа 10² Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·см Электрическая прочность, кВ/мм Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 106ГЦ Диэлектрическая проницаемость при частоте106ГЦ Температура морозостойкости, °C Рабочие температуры, °C Дугостойкость при 10 мА, °C Кислородный индекс, % Усадка литьевая, % Долговременная прочность при растяжении в течение 100 ч, МПа Таблица 3 - Физико-механические и диэлектрические свойства (ОСТ 6‒06-С9‒93) [3] 6 Значение 1‒8 8 ‒ 10 25 ‒ 30 90 ‒ 100 0,15 ‒ 0,25 1,5 ‒ 2,0 205 ‒ 215 56 ‒ 65 15 ‒ 25 22 10¹⁴ (1‒3)·10¹⁵ 21 ‒ 23 0,025 ‒ 0,03 3,0 ‒ 3,6 ‒45 – ‒40 80 ‒ 100 8 ‒ 12 24 ‒ 25 1,5 ‒ 2,5 35 ‒ 40 полиамида 6 210 / 310 Значительное распространение получила так называемая реакционная компатибилизация - синтез совмещающей добавки в процессе получения смеси из самих полимерных компонентов. Так, при смешении в расплаве полиамида и полиэфира, типа поликапролактама и полиэтилентерефталата может происходить переэтерификация контактирующих макромолекул компонентов, которая вместе с механодеструкцией может приводить к образованию блок-сополимеров. Аналогичным образом переэтерификация может происходить в смеси ПЭТ ПБТ, также в смесях различных полиамидов. Механохимические процессы при получении смесей в расплаве в принципе всегда могут приводить к получению привитых, блок- и вообще интерполимеров. Рисунок 2 – Реакция связывающих функциональных групп в полимерах А и Б, ведущая к образования (а) блок-сополимера и (b) привитого сополимера на границе раздела фаз двух взаиморастворимых полимеров [4] Однако процесс механодеструкция механические как свойства смешения можно самих обычно меньше организуется влияла смешиваемых так, чтобы (отрицательно!) полимеров, на поэтому механохимическое взаимодействие полимеров сводится к минимуму. Отдельно следует отметить значительную роль малеинового ангидрида как эффективного модификатора полимеров, обеспечивающего получение компатибилизаторов. Малеиновый ангидрид имеет двойную связь -СН =СН, а также полярную ангидридную группу. Двойная связь позволяет прививать 7 его к разным полимерам (например, ПП) таким образом создать полярные группы в макромолекуле неполярного полимера (малеинизированный ПП). Такой полимер способен интенсивно взаимодействовать с другими полимерами в межфазном слое, играя роль компатибилизатора или даже отдельной фазы с хорошим взаимодействием с матричным полярным полимером. Малеинизированные полимерные продукты выпускаются промышленностью. Рисунок 3 - примеры смесей промышленного значения и типы компатибилизаторов [4] Бинарные смеси, содержащие компатибилизатор, носят название сплавы полимеров. Они отличаются высокой дисперсностью полимерной фазы в матричном полимере, высокой прочностью в межфазном слое, что обеспечивает хороший комплекс механических свойств. Сегодня смеси без компатибилизатора применяются редко. Практически все смесевые материалы сегодня являются сплавами и центр усилия их создания повышение прочности межфазного слоя. Важно также отметить, что общей теории подбора компатибилизаторов сегодня нет, и модифицирующие 8 добавки и их дозировка подбираются путем поиска, т. е. путем проб и ошибок. [5] В процессе смешения расплавов химическое или механохимическое взаимодействие с образованием компатибилизатора может происходить на границе раздела фаз и чем мельче частицы и больше их удельная поверхность, тем больше вероятность реакции. Такие реакции происходят в интенсивных смесителях типа двухшнекового экструдера, хотя время пребывания расплава в нем невелико - около одной минуты. Широкое распространение получили механохимические реакции вводимых добавок с макромолекулами. Типичный пример - малеиновый ангидрид (сочетание двойной связи и полярной ангидридной группы), который прививается в расплаве на эластомер в присутствии пероксида. Вот пример: Рисунок 4 – реакция компатибилизации малеинизированного эластомера к найлону Реакция может протекать участием полиолефинов, особенно ПП (прививка по месту реакционноспособного третичного атома водорода) других полимеров. Малеинизированный ПП сегодня уже стал товарным продуктом. Реализуются другие типы реакций в расплаве с образованием “привитых” компатибилизаторов. 9 Рисунок 5 - Схема образования связи (4) с помощью компатибилизатора между цепями матричного полимера (2) и наполнителем (3); 1- реакционноспособная привитая часть полимерной цепи (5) связующего агента или совместителя имеет термодинамическое сродство с первым полимеров [6] Эффект компатибилизации показан на рисунке 5, где в смесь ППнайлон (20:80) вводили малеинизированный ПП. На оси абсцисс отложен % МА в фазе ПП. Видно сильное снижение размера частиц ПП, когда в фазе ПП содержится всего около 1%привитого малеинового ангидрида. Рисунок 6 - Эффект компатибилизации в смеси ПП-найлон (20:80) Подводя итог, следует отметить, что часто существенное улучшение свойств смесей полимеров достигается улучшением “свойств” МФС. Компатибилизаторы, локализуясь в объеме МФС, снижают межфазное натяжение, но главным образом: а) увеличивают прочность связи между фазами, что улучшает механические свойства смесевого материала, придают ему пластичность и стойкость к удару; б) повышают взаимодействие между 10 фазами в расплаве, что приводит к улучшению диспергирования полимера полимере; в) упрочненный МФС предотвращает коалесценцию частиц, что также увеличивает степень дисперсности и повышает механическую однородность смеси. Сегодня большинство смесей содержат компатибилизаторы, обеспечивающие высокую дисперсность и улучшающие комплекс механических свойств. Бинарные смеси полимеров становятся сплавами и являются фактически трехкомпонентными системами. [7] 11 Список использованных источников 1- Промышленные материалы. Отраслевой портал. [Электронный ресурс].– Режим доступа http://promresursy.com/materialy/polimery/poliamid/svoystva.html (Дата обращения 16.01.2019); 2- АО “Электромаш”. Портал производителя. [Электронный ресурс].-Режим доступа http://www.elmash.net/production/poliamid-6/ (Дата обращения 16.01.2019); 3- Компания АНИД. Портал производителя. [Электронный ресурс].-Режим доступа http://anid.ru/poliamid/6 (Дата обращения 16.01.2019); 4- Мещанкина М.Ю., Чвалун С.Н., Щербина М.А., Кузнецова Я.А. Создание биоразлагаемых материалов на основе ПЛА и ПА-6 / шестая Всероссийская Каргинская конференция «Полимеры - 2014» Том II. Cборник тезисов стендовых докладов в 2 частях. Часть первая Москва 27 января – 31 января 2014 г. С. 661, [с. 511]; 5- Кулезнев В.Н. Смеси и сплавы полимеров (конспект лекций). - СПб.: Научные основы и технологии, 2013. - 216 стр., ил, [5 - с. 20-22], [7 – c. 7173]; 6- Новые полимерные технологии. Отраслевой портал. [Электронный ресурс].– Режим доступа http://www.np-tech.ru/page4.html (Дата обращения 16.01.2019). 12
