Подальший план оптимізації для модифікованого поліетилену PE, армованого карбонатом кальцію

Поліетилен (ПЕ) – один із видів пластику, який привернув найбільшу увагу в промисловому виробництві. Він має такі переваги, як чудова стійкість до низьких температур, стійкість до більшості кислотних та лугових корозійних процесів, добра хімічна стабільність, швидке формування та міцна експлуатаційна здатність. Він широко використовується в упаковці, будівельних матеріалах, автомобілях, біології та інших галузях. Однак його подальше застосування обмежене такими недоліками, як низька термостійкість та відносно низькі механічні властивості.

Ультрадисперсний CaCO3 має малий розмір частинок та добру дисперсію. Він має переваги зменшення пор та пустот у пластмасах і забезпечення більш рівномірної усадки пластмас. Його наповнюють у поліетилен, полістирол, полівінілхлорид та поліпропілен. Серед інших пластмас він може покращити твердість, стабільність розмірів та жорсткість пластикових виробів.

Однак велика кількість досліджень показала, що використання лише карбонату кальцію або інших наповнювачів для заповнення модифікованих полімерів або модифікації інших матеріалів часто не дає найкращих результатів, а покращення характеристик є відносно простим. Модифікація складних матеріалів різними неметалевими мінеральними порошками часто має кращі ефекти та може покращити загальні характеристики матеріалів. Зараз існує все більше і більше дослідницьких застосувань.

Дослідження Ян Чан'ю та інших показали, що нано-CaCO3 може покращити сумісність та термостабільність поліетиленових композитних матеріалів, а багасове волокно (BF) може покращити кристалічність та міцність композитних матеріалів. Обидва можуть ефективно покращити механічні властивості та механічні характеристики композитних матеріалів.

01 Класифікація поліетилену PE

ПЕ поділяється за хімічною структурою, відносною молекулярною масою та методом полімеризації. Його можна розділити на три основні категорії: поліетилен низької щільності (ПЕНЩ), поліетилен високої щільності (ПЕНЩ) та лінійний поліетилен низької щільності (ПЕНЩ).

▷Поліетилен низької щільності

ПЕНЩ має широкий розподіл відносної молекулярної маси, низьку кристалічність і чутливий до зсувного стоншення. Він може призвести до деформаційного зміцнення під час процесу формування, тому ПЕНЩ має добрі оптичні властивості та технологічність. Оскільки модуль Юнга кристалічної області значно вищий, ніж аморфної області, жорсткість і міцність на розрив ПЕНЩ нижчі, але в'язкість і подовження при розриві вищі.
ПЕНД в основному використовується в пластикових пакувальних пакетах, сільськогосподарських плівках, виробах, що піддаються лиття під тиском, тощо.

▷Поліетилен високої щільності

HDPE лінія екструзії труб має високу міцність, жорсткість та механічні властивості, але легко старіє та деформується, а його поверхнева твердість низька. HDPE може використовуватися в трубах, лиття під тиском, видувному формуванні, рибальських сітках, мотузках, пакувальних плівках та інших виробах. HDPE має добру ізоляцію та може використовуватися як обгортковий матеріал для проводів та кабелів, а також для деяких корпусів побутової техніки.

▷Лінійний поліетилен низької щільності

ЛПЕНЩ – це новий тип поліетилену, який був розроблений та швидко розвивається в останні роки. Це сополімер етилену та олефіну. Порівняно з поліетиленом низької щільності, лінійний поліетилен низької щільності має схожий зовнішній вигляд, хороший поверхневий блиск, кращу стійкість до низьких температур, але погану прозорість. ЛПЕНЩ наразі проникає майже на всі традиційні ринки поліетилену, включаючи плівку, лиття, труби, дроти та кабелі.

02 Модифікація поліетилену PE

Одинарний поліетилен має такі механічні властивості, як недостатня стійкість до теплового старіння, крихкість у низьких температурах, низька твердість та низька ударна стійкість. Тому модифікація повинна бути цілеспрямованою.

Наразі модифікація ПЕ включає два основні методи модифікації: хімічну модифікацію та фізичну модифікацію. У фізичній модифікації модифікація з посиленим наповнювачем являє собою суміш або композитний матеріал, отриманий шляхом додавання модифікаторів до поліетилену та змішування для покращення певних властивостей поліетилену або надання поліетилену нових властивостей.

Наразі до поширених неорганічних наповнювачів належать переважно карбонат кальцію, кварцовий порошок, волокно деревного борошна, волокно рисової соломи/цукрової тростини, кремнезем, вусики, скловолокно, каолін, скляні кульки, тальк, графіт, вуглецеві нанотрубки тощо. Додаючи цей тип армуючого наповнювача до поліетилену, можна зменшити витрати та покращити жорсткість, міцність, стабільність розмірів, термостійкість, магнетизм, провідність та інші властивості продукту.

Досліджуючи його принцип, неорганічні частинки мають високу термостійкість та міцність, і неорганічні частинки мають великий вплив на процес кристалізації поліетилену. Як неорганічні зародкоутворювачі, вони можуть безпосередньо впливати на міцність, жорсткість та термостійкість поліетиленової смоли та інші ключові показники.

03 Модифікований карбонат кальцію

Карбонат кальцію, як універсальний неорганічний наповнювач, має два недоліки при використанні з полімерними матеріалами:

З одного боку, поверхня гідрофільна та олеофобна, з сильною полярністю, на відміну від гідрофобної та олеофільної низької полярності органічного тіла, її важко поєднувати з полімерною матрицею;

З іншого боку, карбонат кальцію має слабку зв'язувальну силу з полімерами та може грати лише солюбілізуючу роль. Надлишок карбонату кальцію призведе до значного зниження експлуатаційних характеристик полімерних матеріалів, що ускладнить виробництво та обробку продукції.

На практиці між карбонатом кальцію та поліетиленом має бути хороший міжфазний зв'язок, розмір частинок карбонату кальцію має бути малим, а диспергованість – хорошою. Тому карбонат кальцію необхідно модифікувати.

Карбонат кальцію модифікують титанатним сполучним агентом. Алкільний фрагмент у сполучному агенті легко гідролізується та з'єднується з -OH на поверхні карбонату кальцію під час процесу модифікації, що може зробити поверхневу властивість карбонату кальцію гідрофобною; три структури можуть бути заплутані або хімічно з'єднані з полімером, тим самим покращуючи міжфазну сумісність між карбонатом кальцію та полімером, а також реологію та дисперсійну стабільність карбонату кальцію в системі, тим самим покращуючи механічні властивості.

Принцип модифікації титанатного аппрета

04 Модифікований поліетилен, наповнений неорганічним порошком

Цзо Іньцзе та ін. відповідно використовували титанатний зв'язуючий агент (KH101) та силановий зв'язуючий агент (KH570) для модифікації CaCO3 та SiO2 як наповнювачів та виготовляли бінарні та потрійні композитні матеріали PE з HDPE як матрицею. Дослідження показують, що: покращується дисперсія модифікованих наночастинок у матриці, зменшується явище агломерації, а міцність на розтяг та ударна в'язкість бінарних композитів спочатку зростають, а потім зменшуються зі збільшенням вмісту CaCO3 та SiO2. Коли кількість легуючого SiO2 становить 7 мас.%, комплексні характеристики композитного матеріалу PE/SiO2 є найкращими; Коли кількість легуючого CaCO3 становить 15 мас.%, комплексна продуктивність композитного матеріалу PE/CaCO3 є найкращою. У композитних матеріалах PE/CaCO3/SiO2, коли кількість легуючого карбонату кальцію та SiO2 становить 25 мас.% та 7 мас.%, міцність на розрив та ударна в'язкість з надрізом збільшуються на 17.6% та 34.5% відповідно, забезпечуючи синергетичний ефект та досягнення кращих результатів. Загальна продуктивність.

Чжоу Лін та інші розробили високоефективні композитні матеріали з нано-карбонатом кальцію, змішаним з SBS/HDPE. Дослідження показало, що: ударна в'язкість, міцність на розрив та видовження при розриві сумішей нано-карбонату кальцію та SBS/поліетилену високої щільності збільшуються зі збільшенням вмісту нано-карбонату кальцію. Зміни масової частки демонструють параболічну зміну з розкриттям вниз. Оскільки ударні властивості, міцність на розрив та видовження при розриві сумішей змінюються в основному синхронно, можна зробити висновок, що нано-карбонат кальцію може як зміцнювати, так і підвищувати жорсткість сумішей. Загальна продуктивність суміші є оптимальною, коли масова частка нано-карбонату кальцію досягає 15% від загальної маси суміші.

Чжан Сяоцянь та ін. змішували різні пропорції волокнистих структур CaCO3 з деревним борошном та HDPE для отримання композитних матеріалів CaCO3/HDPE/деревне борошно. Їхні дослідження показують, що при вмісті CaCO3 у кількості 7% міцність на розтяг досягає пікового значення 28.3 МПа. Порівняно з композитним матеріалом HDPE/деревний порошок (19.7 МПа), вона збільшується на 43.7%, тоді як міцність на вигин та удар збільшуються на 19.2% та 20.1%.