Изучение технических и технологических свойств стиротэп-65

В настоящее время сохраняется спрос на термоэластопласты в различных областях народного хозяйства.

Трехблочные сополимеры, в которых средний блок обладает достаточно высокой гибкостью полимерных цепей (полибутадиен или полиизопрен), а концевые блоки являются жесткоцепными (полистирол или поли-α-метилстирол), проявляют свойства термоэла-стопластов (ТЭП).

Синтез таких «трехблочников» основан на анионной полимеризации с использованием «живых» полимеров [1]. Достоинством метода синтеза является возможность управления строением получаемого продукта, т.е. химическим составом, длиной и последовательностью блоков [2]. Чтобы сополимер обладал хорошей эластичностью и термопластичностью, необходимо, чтобы содержание звеньев гибкоцепных блоков в его макромолекулах составляло не менее 50 %. При содержании звеньев гибкоцепных блоков менее 50 % мономер теряет эластичность, но сохраняет термопластичность. В высокостирольных блоксополимерах типа Сти-роТЭП, средний блок представляет собой статистический сополимер стирола и бутадиена, включающий до 12 % 1,2-звеньев бутадиена.

Дивинил-cтирольные сополимеры обла -дают всеми необходимыми качествами для проектирования производства и разработки многочисленных видов прозрачных плёнок и листов, отвечающих самым строгим требованиям, предъявляемым к пищевым упаковкам [3-5].

Благодаря таким свойствам как высокая прозрачность, достаточная прочность и высокая © Седых В.А., Карманова О.В., Москалёв А.С., Рамазанов С.Р., 2013

устойчивость к стерилизации гамма-лучами, окисью этилена или электронным пучком, высо-костирольные ТЭП являются превосходными материалами для прецизионных и сложных деталей, компонентов медицинских приборов и их упаковок. Легкость переработки делают его идеальным материалом для использования в производстве игрушек, вешалок для одежды, прозрачных деталей офисных приспособлений, рекламного оформления.

Используются следующие технологические способы переработки СтироТЭП-65:

• -    литье под давлением жестких и прочных изделий с высокой текучестью и прозрачностью;

• -    экструзия с раздувом; экструзия рукавных пленок, получение тонких пленок;

• -    каландрование пленки.

Бутадиен-стирольные сополимеры пригодны для вторичной переработки и в качестве твердых отходов разрешены к утилизации путем сжигания или захоронения на мусорных полигонах.

Было проведено изучение упругопрочностных и реологических свойств Сти-роТЭП-65.

Разработанный Воронежским филиалом ФГУП НИИСК СтироТЭП-65 предназначался в качестве материала упаковочной плёнки товарного полистирола с ограниченной областью применения.

В связи с этим целью работы являлось уточнение технических свойств СтироТЭП-65 и оценка его совместимости с полиметилметакрилатом (ПММА) марки 8N.

В таблице 1 приведены характеристики изучаемого сополимера по опубликованным данным.

Таблица 1

Технические характеристики СтироТЭП-65

Наименование показателей	Показатели
Содержание связанного стирола, %	65
Показатель полидисперсности M w /M n )	1,3
Содержание 1,2-звеньев в полибутадиеновом блоке, %	13,9
Потери массы при сушке, %	0,4
Условная прочность при растяжении, MПа	26
Относительное удлинение, %	520
Эластичность по отскоку, %	30
Твердость по Шору А, у. ед.	90
Ударная вязкость, кДж/м2	58,5
Показатель текучести расплава, г/10 мин (190˚C; 49 H)	20

В представленном выше сертификате не отображены в полной мере реологические показатели расплава. Поэтому первый этап работы заключался в изучении зависимости напряжения сдвига и вязкости расплава от скорости сдвига при температурах его переработки 190-200 ºС.

Определяли показатель текучести расплава с помощью прибора ИИРТ-5M. Полученные данные представлены в таблице 2.

Таблица 2

Влияние температуры и нагрузки расплава на показатель текучести расплава СтироТЭП-65 (диаметр капилляра 2,09 мм, длина 8 мм)

Температура, °C	Hагрузка, H	ΠTP, г/10 мин
190	21,2	2,7
200	21,2	8,7
190	49,0	18,1
200	49,0	21,4

Установлено, что повышение температуры на 10 ºС (с 190 до 200 ºС) при нагрузке 21,2 H приводило к увеличению текучести в 3,2 раза, а при нагрузке 49 H - в 1,2 раза. В свою очередь, увеличение нагрузки с 21,2 до 49 H при 190 ºС приводило к росту показателя чувствительности расплава к скорости сдвига (ПТР 49 /ПТР 21,2 ) в 6,7 раза, а при 200ºС - в 2,6 раза.

Дальнейшие исследования проводились на реометре SmartRheo-1000 с программным обеспечением «Ceast VIEW 5.94-4D». Гранулы СтироТЭП-65 прогревались в камере прибора при 190 ºС и 200 ºС. Расплав термоэластопла-ста выдавливали через калиброванные капил- ляры диаметром 1 мм и длинной 5 и 30 мм с нарастающей скоростью.

Установлено, что с ростом скорости сдвига от 100 до 400 с^-1 напряжение сдвига возрастало по линейной зависимости (рисунок 1). Увеличение температуры на 10 ºС приводило к снижению уровня напряжения сдвига ( В , Па) и показателя кратности его изменения ( А , Па·c) при длине капилляра 5 мм - в 1,1 раза, а при длине капилляра 30 мм - в 1,3 раза. Отмечено, что увеличение длины капилляра в 6 раз при 200 ºС приводило к снижению показателя А в 1,2 раза, а при 190 ºС он практически не изменялся (таблица 3).

Таблица 3

Влияние скорости сдвига τ (с-1), температуры расплава и длины капилляра на показатель кратности изменения напряжения сдвига расплава А (Па·c)

Температура испытания (длина капилляра)	Коэффициенты уравнения регрессии Y = A · τ + B
	А , Па·с	В , Па
190 ºС (5 мм)	136,5	25177
190 ºС (30 мм)	132,0	18271
200 ºС (5 мм)	124,8	14759
200 ºС (30 мм)	104,2	14019

Увеличение скорости сдвига приводило к снижению вязкости расплава (рисунок. 2). Отсюда следует, что характер течения расплава СтироТЭП-65 соответствует псевдопластичным жидкостям. Увеличение температуры на 10 ºС приводило к снижению вязкости и показателя кратности её изменения К (Па·с²) при длине капилляра 5 мм - в 1,7 раза, а при 30 мм - в 1,3 раза (таблица 4). Увеличение длины капилляра в 6 раз при 190 ºС приводило к снижению К в 1,4 раза, а при 200 ºС показатель К не зависел от изменения длины капилляра.

Таблица 4

Влияние скорости сдвига τ (с-1), температуры расплава и длины капилляра на показатель кратности изменения вязкости расплава К (Па·с2)

Температура испытания (длина капилляра)	Коэффициенты уравнения регрессии Y = C · τ + D :
	К, Па · с2	D, Па · с
190 ºС (5 мм)	-0,53	391
190 ºС (30 мм)	-0,39	319
200 ºС (5 мм)	-0,31	274
200 ºС (30 мм)	-0,31	249

т (с-1)

Рисунок 1 - Влияние скорости сдвига τ (с-1), температуры расплава и длины капилляра (h) на напряжение сдвига Y (Па) СтироТЭП-65 (диаметр капилляра -1мм) 1 - 190 ºС (h=5 мм), 2 - 190 ºС (h=30 мм), 3 - 200 ºС (h=5 мм), 4 - 200 ºС (h=30 мм)

50      100     150     200     250     300     350     400     450

т (с-1)

Рисунок 2 - Влияние скорости сдвига τ (с-1), температуры и длины капилляра (h) на вязкость ή (Па·c) расплава Сти-роТЭП-65 (диаметр капилляра – 1мм) 1-190 ºС (h=5 мм), 2-190 ºС (h=30 мм), 3-200 ºС (h=5 мм), 4-200 ºС (h=30 мм)

Далее была проведена оценка совместимости СтироТЭП-65 с ПММА.

С целью снижения хрупкости композиции на основе оргстекла ПММА 8N, а так же расширения области применения СтироТЭП-65, исследовалась их совместимость. Выбор оргстекла и СтироТЭП-65 в качестве компонентов смешения объясняется тем, что оба материала являются прозрачными. Основные показатели ПММА приведены в таблице 5.

Гранулы оргстекла и СтироТЭП-65 (5%) смешивали и распрессовывали в пластины толщиной 2 мм. Далее полученные образцы измельчали для проведения испытаний на установке ИИРТ-5М, предназначенной для определения показателя текучести расплава термопластов (ПТР) в соответствии с требованиями ГОСТ 11645-73 (при 190 и 200 °C).

Испытания на ударную вязкость проводили на приборе «Динстат», который предназначен для испытания образцов на ударный и статический изгиб по Шарпи (c надрезом). Результаты испытаний приведены в таблице 6.

Таблица 5

Технические характеристики ПММА 8N ( по ISO 527, 179, 306, 75, 1133, 13458)

Наименование показателей	Параметры испытания	Показатели
Модуль упругости, MПа	1 мм/мин	3300
Нагрузка при разрыве, %	5 мм/мин	5,5
Ударная вязкость по Шарпи, кДж/м2	23°C	20
Температура размягчения, °C	B/50	108
Температурная деформация при нагрузке, °C	0,45 MПа 1,8 МПа	103 98
Объем расплава, MVR, м3/10мин	320 °C/ 3,8 кгс	3
Светопропускание, %	D 65	92

Технические показатели ПММА 8N в присутствии СтироТЭП-65

Таблица 6

Состав композиции	Текучесть расплава (ПТР), г/10мин			Ударная вязкость, кДж/м2			Угол разрушения, град.
	сред.	max	min	cред.	max	min
ΠMMA 8N (без добавок)	0,74	0,8	0,68	15	15	15	24
ПMMA 8N + 5%, мас. СтироТЭП-65	1,96	6,34	1,34	31	60	7	15

Таким образом, уточн ены реологические, упруго-прочностные свойства Сти-роТЭП-65 и дана оценка совместимости тер-моэластопласта с ПММА.