Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Функциональные материалы на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена

Диссертация: Функциональные материалы на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Научная новизна. Изучено влияние структуры гелей сверхвысокомолекулярного полиэтилена на свойства наполненных материалов на их основе. Получены соотношения между скоростью и характером протекания процесса кристаллизации, надмолекулярной структурой и свойствами высоконаполненного закристаллизованного материала. Показано, что процесс изотермической кристаллизации гелей СВМПЭ может описываться… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Литературный обзор
    • 1. 1. Свойства, получение и переработка сверхвысокомолекулярного 5 полиэтилена
    • 1. 2. Описание изотермической кристаллизации
    • 1. 3. Неизотермическая кристаллизация полимеров
    • 1. 4. Функциональные материалы на основе СВМПЭ 16 Постановка задачи исследования
  • 2. Объекты и методы исследования
    • 2. 1. Объекты исследования
    • 2. 2. Методы исследования
  • 3. Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение
    • 3. 1. Исследование процессов структурообразования в дисперсно- 40 наполненных системах сверхвысокомолекулярного полиэтилена
    • 3. 2. Реологические свойства наполненных гелей СВМПЭ
    • 3. 3. Физико-механические свойства гелей СВМПЭ
    • 3. 4. Долговечность наполненных гелей сверхвысокомолекулярного 122 полиэтилена
  • Практическая значимость работы
  • Выводы

Функциональные материалы на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Получение композиционных материалов на основе СВМПЭ преследует цель сочетания уникальных физико-механических характеристик полимера и функциональных свойств наполнителей. Однако, переработка наполненных материалов на основе СВМПЭ чрезвычайно затруднена высокой вязкостью расплава полимера.

Одним из наиболее перспективных методов получения наполненных материалов на основе СВМПЭ является гель-технология. Метод гель-формования позволяет преодолеть трудности, связанные с переработкой сверхвысокомолекулярного ПЭ и открывает возможность получения на основе данного полимера наполненных композиционных материалов, используя такие высокопроизводительные методы переработки пластмасс, как экструзия.

Цель настоящей работы состояла в изучении корреляции между структурой, комплексом реологических и физико-механических свойств наполненных гелеобразных систем СВМПЭ, обобщении имеющихся представлений и создании единого подхода к проблеме получения композиционных материалов на основе СВМПЭ через гель-состояние матричного полимера.

Научная новизна. Изучено влияние структуры гелей сверхвысокомолекулярного полиэтилена на свойства наполненных материалов на их основе. Получены соотношения между скоростью и характером протекания процесса кристаллизации, надмолекулярной структурой и свойствами высоконаполненного закристаллизованного материала. Показано, что процесс изотермической кристаллизации гелей СВМПЭ может описываться уравнениями Аврами и Тобина. Реологические свойства наполненных гелей СВМПЭ зависят от количества и природы введенного дисперсного наполнителя. Оценено влияние различных факторов на особенности процесса перехода исследуемых систем из гелеобразного состояния в твердое (ксерогель).

Введение

до 90 об.% функциональных наполнителей позволило получить материалы, имеющие высокую электропроводность, сорбционную способность. Разработана технология получения таких материалов. Выпущены опытные партии композиционных материалов на основе СВМПЭ, наполненного аэросилом и цеолитом. Проведение опытно-промышленных испытаний на ОАО ЦТД «Диаскан» показало целесообразность использования таких систем в качестве сорбентов.

Выводы.

1. Методом ДСК исследован процесс кристаллизации в гелях СВМПЭ, наполненных наполнителями различной природы. Показано, что для описания процессов кристаллизации можно использовать уравнения Аврами и Тобина, однако, наилучшим образом процесс кристаллизации описывается уравнением Аврами.

2. Установлено, что уменьшение концентрации СВМПЭ приводит к увеличению размеров зародышей кристаллизации, а это должно приводить к снижению скорости кристаллизации.

3. Показано, что введение дисперсных наполнителей в небольших количествах приводит к ускорению процесса структурообразования в гелях СВМПЭ, однако при высоком содержании наполнителя кристаллизация замедляется.

4. Изучено влияние модельного наполнителя — карбонильного железана реологические свойства гелей СВМПЭ, показано, что наполненные гели СВМПЭ возможно перерабатывать высокопроизводительными методами, в частности, экструзией.

5. На основе наполненных гелей СВМПЭ были получены ксерогели и исследовано влияние различных факторов на их свойства. Показано, что тип инклюдирующей жидкости может оказывать влияние на характеристики ксерогелей. Целесообразно использовать экстрагенты с малым сродством к полимеру.

6. Процесс экстракции и сушки сопровождается значительной объемной усадкой материала.

Введение

наполнителя понижает величину усадки и приводит к существенному повышению общей пористости ксерогеля.

7. Разработаны технологии получения наполненных ксерогелей на основе СВМПЭ, выпущены опытные партии сорбционных материалов на основе СВМПЭ.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Э.А., Дудченко B.K., Поддубняк A.H., Аркатов O.JI. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен: новая реальность отечественной промышленности полиолефинов// Пластические массы.- 2003.-№ 8.- С. 3−4.
  2. D. Jauffre’s, О. Lame а&bdquo- G. Vigier, F. Dore Microstructural origin of physical and mechanical properties of ultra high molecular weight polyethylene processed by high velocity compaction// Polymer.- 2007.- № 1.- C. 1−10.
  3. Ю.А. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен// Полимерные материалы.- 2003.-№ 4.- С. 24−27.
  4. Jen Н.К., Chen W.-L., Chang Y.-M., Ke C.-T. Gelation behaviour of UHMWPE/camphene//Journal of Material Science.- 1997.-V. 32.- P. 3607−3611.
  5. Avrami M.// Journal of Chemical Physics. 1939. V. 7. 1940. № 6. P. 1103.
  6. E., Segal E. // Thermochim. Acta. 1990. V. 171. № 1. P 87.
  7. Tobin M.C.// J.Polym. Sci.: Polym. Phys. Ed. 1974. V. 12. № 2. P. 399.
  8. M.C. // J.Polym. Sci.: Polym. Phys. Ed. 1976. V. 14. № 9. P. 2253.
  9. Cruz-Pinto J.J.C., Martins J. A. // Crystallization of polymers. 1993. P. 257.
  10. Hwang J.C., Chem C.-C., Chen C.-L, Ou Yang W.-C.// Polymer. 1997. V. 38. № 16. P. 4097.
  11. Malkin A.Ya., Begishev V.P., Keapin L.A., Bolgov S.A.// Polym. Eng. Sci., 1984. № 10. P. 1936.
  12. Alwattari A.A., Lloyd D.R.// Polymer. V. 39. № 5. 1998. P. 1129−1137.
  13. . Физика макромолекул. Т.2. -М.: Мир, 1976. 574 с. 17 •
  14. Okui N. Theoretical Aspect of Crystallization Temperature at Maximum Cristal Growth Rate // Polymer Jornal. 1987. — V. 19, № 11. — P. l309−1315.
  15. Di Lorenzo M.L., Silvestre C. Non-isothermal crystallization of polymers// Progress in Polymer Science.- 1999.- V. 24.- P. 917−950.
  16. Ю.Г. Химическая промышленность за рубежом. М.- 1982.- С. 24.
  17. Chae I. Yiml, Kwi J. Lee, Jae Y. Jhol, Kuiwon Choi Wear resistance of some modified ultra-high molecular weight polyethylenes and its correlationwith tensile properties//Polymer Bulletin .- 1999.- V. 42.- P. 433−440.
  18. Заявка 62−48 747 Япония, МКИ С 08L 23/06. Композиция на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
  19. Smith P., Lemstra P.J. Ultra-drawing of high molecular weight polyethylene cast from solution// Colloid. Polym. Sci.- 1980.- V. 258., № 7.- P. 891−894.
  20. Wen Huang, Yang Wang, Yuanming Xia Statistical dynamic tensile strength ofUHMWPE-fibers// Polymer.- 2005.- Р/ 1246−1251.
  21. P.M. Pakhomova, Svetlana Khizhnyaka, H. Reuterb, V. Galitsync, A. Tshmel Effect of intercrystallite straight-chain segments on Young’s modulus of gel-spun polyethylene fibers// Polymer.- 2003.- V. 44.- P. 4651−4654.
  22. Bercea M., loan С., loan S., Simionescu B.C., Simionescu C.I. Ultrahigh molecular weight polymers in dilute solutions// Progress in polymer science.-1999.- V. 24.-P. 379−424.
  23. P.M. Pakhomov, Svetlana Khizhnyak, E. Ruhl, V. Egorov, A. Tshmel Crystallisation process on the stage of the gel-to-solid transformation in thermo-reversible polyethylene gel// European Polymer Journal.- V. 39, — 2003.- P. 1019— 1023.
  24. Koontz S.L., Peltier W.I., Pearson J.E., Fabricant J.D. Characterization of the pore-surface gel phase in fiinctionalized vacroporous polymeric materials// Colloid Polym. Sci.- V. 277.- 1999.- P. 1065−1071.
  25. Xu C., Bin Y., Agari Y., Matsuo M. Morphology and electric conductivity of cross-linked polyethylene-carbon black blends prepared by gelaton/crystallizaton from solutions// Colloid Polym. Sci.- 1998.-V. 276.- P. 669−679.
  26. Г. Б., Карасев A.H. Высокомолекулярный и сверхвысокомолекулярный полиэтилен. Свойства и области применения: Обзорная информация. МГО «Технохим». Химическая промышленность. Сер. Полимеризационные пластмассы.- JL- 1990.- 54 с.
  27. М.О. Lisunova, Ye.P. Mamunya, N.I. Lebovka, A.V. Melezhyk Percolation behaviour of ultrahigh molecular weight polyethylene/multi-walled carbon nanotubes composites// European Polymer Journal.- V. 43.- 2007.- P. 949−958
  28. Andrew C. Clark, Sunita P. H., Martine LaBerge Conductive composite of UHMWPE and CB as a dynamic contact analysis sensor // Tribology International.- V. 39.- 2006.- P. 1327−1335
  29. Заявка 1−74 243 Япония, МКИ С 08L 23/ 00, С 08К ¾. Композиция на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
  30. С. Xu, Y. Bin, Y. Agari, M. Matsuo Morphology and electric conductivity of cross-linked polyethylene-carbon black blends prepared by gelation/crystallization from solutions// Colloid Polym Sci.- 1998.- V.276.- p. 669−679.
  31. Пат. США 4 833 172, МКИ С 08 J 9/26. Stretched microporous material.
  32. Пат. США 4 024 323, МКИ H 01 M 2/16. Battery separator.
  33. S.L. Koontz, R.V. Devivar, W.J. Peltier, J.E. Pearson, T.A. Guillory, J.D. Fabricant The pellicular monolith: pore-surface functionalization and surface-phase construction in macroporous polymeric materials// Colloid Polym Sci.-1999.- V.277. P. 557−562.
  34. Sano A., Iwanami Y., Matsuura K., Yokoyama S., Kanamoto T. Ultradrawing of Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene Peactor Powders Prepared by Highly Active Catalyst System// Polymer.- 2001- v. 42.- P. 5859−5864.
  35. A. Sano, Y. Iwanam, K. Matsuura, S. Yokoyam, T. Kanamoto Ultradrawing of ultrahigh molecular weight polyethylene reactor powders prepared by highly active catalyst system// Polymer.- V. 42.- 2001.- P. 5859−5864.
  36. Пат 5 210 130 США, МКИ С 08J 5/10 Homogeneous hing modulus ultra high molecular weight polyethylene composites and processfor the preparation thereof.
  37. Xu C., Bin Y., Agari Y., Matsuo M. Morphology and Electric Conductivity of Cross-Linked Polyethylene -Carbon Black Blends Prepared by Gelation/Crystallyzation from Solutions// Colloid. Polym. Sci.- 1998.- V. 276.- P.-669−679.
  38. О.А. Дне. кандидата хим. наук. М. РХТУ, 1997.
  39. Кац Г. С., Милевский Д. В. Наполнители для полимерных композиционных материалов. М.- 1981ю- 736 с.
  40. В.Б. Железные порошки.- М.- 1982.- 154 с.
  41. Ю.Г., Гродский А. С. Лабораторные работы по коллоидной химии.- М.- МХТИ.- 1986.- 214 с.
  42. Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды.- Киев.-1981.- 207 с.
  43. Ю.И. Пористые фильтрующие материалы. Обзорная информация. НИИТЭХим. Химическая промышленность. Сер. Пористые материалы. М., 1984, — 64 с.
  44. В.П. Теоретические основы физико-химических методов анализа.- М.- 1984.- 473 с.
  45. В.А., Хавкин З. Л. Краткий химический справочник.- Л.- 1991.-831с.
  46. Г. В., Малкин А. Я. Реология полимеров.- М.- 1977.- 440 с.
  47. Ю.С. Рентгенографические методы изучения полимерных систем.- Киев. 1982.- 296 с.
  48. В. А., Егоров В. Н. Дифференциальная сканирующая калориметрия в физико-химии полимеров.- Л.- 1990.- 255 с.
  49. А. Кристаллизация полимеров/ Под ред. Бакеева Н. Ф. М.-1968.- 200 с.
  50. А. Теоретические основы формования волокон.- М.- 1979.- 503 с.
  51. ZiabickiA. Polymer Crystallization Kinetic// Colloid. Polym. Sci.- 1974.- V. 252, № 9.- P. 430−433.
  52. E.M., Андреева И. А. Методы анализа и испытания углей, — М.-1983.- 301 с.
  53. И.А. Особенности строения и протекания тока в дисперснонаполненных полиолефинах. Дис. к. ф.-м. н.- М.- 1992.- 142 с.
  54. В.А., Мясникова Л. П. Надмолекулярная структура полимеров.-Л.- 1977.- 238 с.
  55. М.Л., Пономарев И. Н., Лапшова О. А., Гриненко Е. С., Сабсай О. Ю., Дубинский М. Б., Бурцева И. В. Физико-химические свойства наполненных гелей сверхвысокомолекулярного полиэтилена// Высокомолек. соединения.- 1996.-Т. А38.-№ 8.-С. 1334−1342.
  56. Jen Н.К., Chen W.-L., Chang Y.-M., Ke C.-T. Gelation behaviour of UHMWPE/camphene// Journal of Materials Science.- 1997.- V. 32.- P. 36 073 611.
  57. Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров// М., Химия.-1977 г.-304 с.
  58. В.Е., Кулезнев В. Н. Структура и механические свойства полимеров// М., «Лабиринт».- 1994. 367.с.
  59. Kerber M.L., Ponomarev I.N., Lapshova О.А., Grinenko E.S. Crystallyzation and Stress-Strain Properties of Ultra-High-Molecular-Weight-Polyethylene Gels Filled with Iron Particles// Polymer Engineering and Science.- 1997.- V. 37.-№ 8.-P. 1359−1366.
  60. Ruitenberg G., Woldt В., Petford-Long A.K. Comparing the Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov equations for isothermal and linear heating conditions// Thermochimica Acta.- 2001.- V. 378.- P. 97−105.en
  61. Supaphol P. Application of the Avrami-Tobin-Malkin, and Urbanovici-Segal macrokinetic models to isothermal crystallization of syndiotactic polypropylene.// Thermochimica Acta.- 2001.- V. 370/- Р/ 37−48.
  62. Ziabicki A. Polymer CrystallizationKinetic// Colloid. Polymer Science.- 1974.-V. 252.- № 9.- P. 430−433.
  63. Sha W. Crystallization and Nematic-Isotropic Transition Activation Energies Measured Using the Kissinger Method// J. Appl. Polym. Sci.- 2001.- V. 80.- P. 2535−2537.
  64. А .Я., Болгов С. А., Бегишев В. П., Мансуров В. А., Цогоев Б. М. Неизотермическая кристаллизация высоконаполненного полиэтилена. Метод определения и результаты измерения// Высокомолек. соединения.- 1987ю- Т. 29 А.-№ 6.-С. 1319−1324.
  65. Ozawa Т. Nonisothermal Crystallization of Polymers.// J. Appl. Polym. Sci.-1971.-V. 12.-№ 3.-P. 150−155.7"У
  66. Parasnis N.C. and Ramani K. Non-isothermal crystallization of UHMWPE// Journal of Thermal Analysis and Calorimetry.- 1999.- V. 55.- P. 709−719.
  67. Okui N. Theoretical Aspect of Crystallyzation Temperature at Maximum Crystal Growth Rate// Poltmer Journal.- 1987.- V. 19.- № 11.- P. 1309−1315.
  68. Nakamura K., Katayama K., Amano T. Nonisothermal Crystallyzation of Polymers//J. Appl. Polym. Sci.- 1973.- V. 17.- № 4.- P. 1031−1037.
  69. B.A., Егоров B.H. Дифференциальная сканирующая калориметрия в физико-химии полимеров.- JL- 1990.- 255 с.
  70. Zhu X., Yan D. Influence of the Order of Polymer Melt on the Crystallyzation Behavior: 11. Crystallyzation Kinetics of Isotactic Polypropylene// Colloid. Polym. Sci.- 2001.-V. 279.- P. 546−553.
  71. А. Теоретические основы формирования волокон// Мю- 1979.503 с.
  72. А.Я., Кипин И. А., Болгов С. А., Бегишев В. П. Альтернативный способ описания кинетики кристаллизации// Инженерно-физический журнал.
  73. С.И. Повышение термоокислительной стабильности полипропилена в процессе переработки. Дисс. канд. хим. наук М., 1999.157 с.
  74. Liu Т., Mo Z., Wang S., Zhang Н.// Eur. Polym. J., V. 33, № 9, 1997, p. 14 051 414.
  75. Alwattari A.A., Lloyd D.R.//Polymer. V. 39. № 5. 1998. P. 1129−1137.
  76. . Физика макромолекул. М.: Мир, 1976. Т.2 С. 439.
  77. Wunderlich В. Macromolecular Physics. New York: Acad. Press, 1976.
  78. . Физика макромолекул. М.: Мир, 1976. Т.2 С. 439.
  79. Bin Y., Xu С., Agari Y., Matsuo M Morphology and electrical conductivity of Ultrahigh-Molecular-Weight-Polyethylene Carbon black Composites Prepared by Gelation/Crystallization from Solutions// Colloid. Polym. Sci.- 1999.- V. 277.-P. 452−461.
  80. Pakhomov P.M., Khiznyak S., Ruhl E., Egorov V., Tshmel A. Ctystallyzation Process on the stage of the Gel-to-Solid Transformation in Thermo-Reversible Polyethylene Gels// European Polym. J.- 2003.- V. 39.- P. 1019−1023.о/
  81. Uehara H., Matsuda H., Aoike Т., Yamanobe Т., Komoto T. Lamellar characteristics controlled by prior polymer concentration for solution-crystallized ultra-high molecular weight polyethylene// Polymer.- 2001.- V. 42.- P. 5893−5899.
  82. Marcincln A., Ujhelyiova A., Marcincln K., Marcinclnova T. Influence of the Antraquinone Pigment on Crystallization of Polypropylene// Vlakna a textil.-1996.- V. 3.- P. 92−99.
  83. Van Antverpen F., Van Krevelen D.W. Influence of crystallization temperature, molecular weight and additives on the crystallization kinetics of polyethylene terephtalate) // J. Polym.Sci.: Polym.Phys. Ed. 1972. — V.10, № 12. -P.2423−2435.
  84. А.Я. Реология наполненных полимеров. Киев: Наукова думка, 1975.
  85. Г. В., Малкин А. Я. Реология полимеров. М.: Химия, 1977.
  86. Г. Б., Карасев А. Н. // Обзорная информация. Серия Полимеризационные пластмассы. JL: ТЕХНОХим, 1990. Вып. 1. С. 54.
  87. Чанг Дей Хан. Реология в процессах переработки полимеров. М.: Химия, 1979.
  88. А.Н., Иржак В. И. // Высокомолек. соед. Б. 1993. Т. 35. № 7. С. 902.
  89. Ю.И., Кузуб В. И., Дьячков А. Н., Руднева Л. Д., Циперман Р. Ф., Чеголя А. С. // Обзорная информация. Серия Синтетические волокна. М.: НИИТЭХим, 1988. Вып. 1. С. 33.
  90. А .Я. Реология наполненных полимеров. Киев: Наукова думка, 1975.
  91. A.H., Авдеев P.M., Жарин Д. Е., Курин C.B., Тучков В. В. Прочность дисперно-наполненных полимерных композитов// Пластические массы.- 2003.-№ 1.-С. 15−17.
  92. Г. А. Моделирование упругих и механических прочностных свойств наполненных полимеров и композитов// Пластические массы.-2003.-№ 1.-С. 36−39.
  93. Kerber M.L., Ponomarev I.N., Lapshova О.A. and Grinenko E.S. Crystallyzation and stress-strain properties of Ultra-High-Molecular-Weight-Polyethylene gels filled with iron particles// Polymer Engineering and Science.-1997.-V. 37.-№ 8.- P. 1359−1366.
  94. В.П. Теоретические основы физико-химических методов анализа.-М., 1979.- 478 с.
  95. Кербер M. J1., Пономарев И. Н., Лапшова О. А., Гриненко Е. С., Сабсай О. Ю., Дубинский М. Б., Бурцева И. В. Физико-химические свойства наполненных гелей сверхвысокомолекулярного полиэтилена// Высокомолек. соединения.- 1996.- Т. 38А.- № 8.- С. 1334−1342.
  96. Sano A., Iwanami Y., Matsuura S., Yokoyama S., Kanamoto T. Ultradrawing of Ultrahigh Molecular Weight Polyehtylene Reactor Powders Prepared by Highly Active Catalyst System// Polymer.-2001.- V. 42.-p. 5859−5864.
  97. B.E., Кулезнев B.H. Структура и механические свойства полимеров. М.:Лабиринт, 1994. — 367с.1. Утверждаю"ого директора ЦТД «Диаскан» С. В. Лобутев 2007 г.
  98. Информационное письмо (или АКТ)
  99. Настоящий акт составлен в том, что предприятием ОАО ЦТД «Диаскан» выпущено 5 тонн сорбционного пленочного и гранулированного материала на основе СВМПЭ и цеолита, разработанного сотрудником РХТУ им. Д. И. Менделеева Пономаревым И.Н.
  100. Разработанный сорбент предполагается внедрить на предприятиях АК «Транснефть» для очистки различных жидкостей (или для очистки водоемов от разлившейся нефти).
  101. Предполагаемая потребность в сорбционных материалах на основе СВМПЭ составляет около 10 тонн в год.
  102. Проректор по научной работе РХТУ им. Д. И. Менделеева |проф. Панфилов В.И.
  103. И.о. Генерального директора/ ОАО ЦТД «Диаска! Лобут1. Акт200 г. испытания сорбционного материала на основе СВМПЭ
  104. Проректор по научной работе РХТУ им. Д. И. Менделеевапроф. Панфиловой.-Л 200 г. v., -J с,.
  105. И.о. Генерального директор ОАО ЦТД «Диаскан) Лобутев С.В.200 г. 1. Актвнедрения сорбционного материала на основе СВМПЭ
  106. Профессор ^Il-J^^^r' Перевалов В.П.1. Научный сотрудник И.Н.кафедры технологии тонкого органического синтеза и хишш красителей РХТУ им. Д.И. Менделеева
Заполнить форму текущей работой

На отлично!