Модификация полиэтилена отходами производства окси-пан для композитов геотехнического назначения

Моругова О.А.¹,

Борисова Н.В.¹,

Устинова Т.П.¹,

Екимова Л.П.

Волкова Т.А²

¹Энгельсский технологический институт

(филиал) ФГБОУ ВПО

«Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.»

²МОУ «Гимназия №8» г. Энгельс

мОДИФИКАЦИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА ОТХОДАМИ ПРОИЗВОДСТВА ОКСИ-пан ДЛЯ КОМПОЗИТОВ ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

С развитием передовых технологий в строительстве одно из ведущих мест занимают полимерные материалы геотехнического назначения. Это материалы, которые применяются для противоэрозионной защиты откосов, защиты конусов путепроводов, строительства подпорных стенок, армирования слабых оснований, в строительстве дорог, поэтому должны обладать комплексом свойств (высокая прочность, устойчивость к воздействию климатических и гидрогеологических факторов, долговечность и экологическая безопасность) [1].

В настоящее время основным направлением расширения ассортимента полимерных геоматериалов, в том числе на основе полиэтилена, является разработка методов их модифицирования на различных стадиях получения и переработки.

В работе предлагается модификация полиэтилена разноокисленными отходами производства углеродных волокон при степенях наполнения от 0,1 до 1,0 %.

В качестве объектов исследования были выбраны экструзионный полиэтилен низкого давления (ПЭНД) и рубленые отходы производства углеродных волокон ООО «Аргон» (разноокисленный полиакрилонитрильный жгут плотностью 1,36 г/см³ длиной 5-7 мм – отходы окси-ПАН). Композиции были получены на лабораторной экструзионной установке путем последовательной подачи ПЭ – отходы окси-ПАН.

В первую очередь исследовано влияние отходов окси-ПАН на температуру плавления полиэтилена. ДСК-исследования композитов на основе ПЭНД, содержащих 0,1, 0,5, 1,0 мас. % волокон представлены на рис. 1.

Установлено, что при введении отходов окси-ПАН температура плавления исходного полиэтилена изменяется незначительно и составляет при наполнении 1,0 % - 138 ^оС. Таким образом, можно предположить, что используемый наполнитель – отходы окси-ПАН не оказывает существенного влияния на реологические характеристики полимерного композиционного материала, и переработку полученных композитов можно осуществлять на экструзионном оборудовании.

Исследования влияния волокнистых наполнителей на соотношение между кристаллической и аморфной фазами полиэтилена в композите можно определить при помощи дифференциально-сканирующей калориметрии. Показано, что отходы окси-ПАН действительно оказывают влияние на фазовое соотношение ПЭНД. Причем волокнистый наполнитель позволяет повысить степень кристалличности даже при степени наполнения 0,1 % на 6 %, а в случае наполнения 1,0 % на 12 % по сравнению с исходным материалом.

Увеличение исследуемого показателя свидетельствует о формировании в переходных областях граничного слоя полимера в композитах развитой кристаллической структуры, при этом структурирующая активность наполнителя проявляется, вероятно, в улучшении термодинамических условий кристаллизации молекулярных цепей в граничном слое полимер – отходы окси-ПАН.

Рисунок 1. ДСК-кривые ПЭНД: а) исходный; наполненный: б) 0,1 %; в) 0,5 %; г) 1,0 %.

Предлагаемая в работе модификация полиэтилена отходами окси-ПАН направлена на решение как минимум двух задач:

- решение проблем утилизации текстильных технологических отходов;

- создания материалов с высокими физико-механическими свойствами.

Анализ физико-механических характеристик композитов на основе наполненного ПЭ (табл.1), показал, что введение отходов окси-ПАН приводит к повышению значений прочностных свойств в 2 раза при содержании отходов в полимерной матрице 1,0 % по сравнению с исходным полиэтиленом. Относительное удлинение композиционных материалов с отходами окси-ПАН снижается в 3 раза.

Таблица 1

Физико-механические свойства композитов ПЭ, ПА-6 и отходов окси-ПАН

Таким образом, показано, что при небольших степенях наполнения 0,1 0,5 1,0 % полиэтилена отходами окси-ПАН переработку полученных композитов можно осуществлять на экструзионном оборудовании, так как введение выбранного наполнителя не оказывает существенного влияния на реологические характеристики полимера. Степени кристалличности ПЭНД при введении волокнистого наполнителя существенно повышается, что свидетельствует о формировании в переходных областях граничного слоя полимера в композитах развитой кристаллической структуры. Полученные композиционные материалы на основе ПЭНД и отходов окси-ПАН обладают высокими прочностными характеристиками.

3