Строительство международного авиатерминала на Камчатке начнется в этом году

В ближайшие три месяца Камчатский край подпишет соглашение с инвестором по созданию международного терминала в аэропорту Елизово с пропускной способностью 400 человек. Об этом сообщил губернатор Камчатского края Владимир Илюхин.

Соглашение о финансировании «Северного потока – 2» подписали Engie, OMV, Royal Dutch Shell, Uniper и Wintershall

Компания Nord Stream 2 AG, дочернее предприятие Газпрома, и европейские энергетические компании Engie, OMV, Royal Dutch Shell, Uniper и Wintershall подписали соглашения о финансировании проекта газопровода «Северный поток – 2», говорится в сообщении российской компании.

Закон о переводе бюджетников и пенсионеров на карты «Мир» принят Госдумой

Пенсионеры смогут получить карты «Мир» взамен карт, не являющихся национальными платежными инструментами, которыми они сейчас пользуются, по истечении срока их действия, но не позже 1 июля 2020 года.

Два пуска ракет с космодрома «Восточный» запланировано на 2017 год

С космодрома «Восточный» на 2017 год запланировано два запуска. В настоящий момент ведется создание второго стартового стола для тяжелой ракеты «Ангара». Об этом заявил премьер-министр Дмитрий Медведев сегодня, 19 апреля, в ходе отчета о результатах работы Правительства России в 2016 году.

По международному транспортному коридору «Приморье-2» прошел первый груз

Государственный эксперимент по отправке тестового груза из Китая в Корею через транспортный коридор «Приморье-2» состоялся в Приморье. Агентство Дальнего Востока по привлечению инвестиций и развитию экспорта (АПИ) в тестовом режиме изучает путь грузов из КНР в Россию.

Завершено строительство ВОЛС «Колымский экспресс» на территории Якутии

В результате работ к высокоскоростным каналам связи «Колымского экспресса» были подключены 14 населенных пунктов на территории пяти заречных районов республики: Нижний Бестях, Тектюр, Тюнгюлю, Нуорагана Мегино-Кангаласского улуса (района), Чурапча Чурапчинского улуса (района),

4 Апреля 2017

Механические характеристики смесей полистирола и СБС

Механические характеристики смесей полистирола и СБС

Полистирол давно является коммерческим полимером, но его широкое применение ограничено хрупкостью материала. Модификация полистирола СБС блок-сополимером является одним из удачных решений проблемы, поскольку СБС модифицирует морфологию композиции, улучшая ее механические свойства, а применение стирольного блок-сополимера гарантирует некий оптимальный уровень адгезии между фазами. Результаты ДМА испытаний показывают, что композиция с 20% содержанием СБС полимера является оптимальной, поскольку достигаются максимальный уровень межфазной адгезии, наиболее низкая температура стеклования эластомерной фазы и наибольшее значение динамического предела прочности композиции на сжатие. Данная публикация является сокращенным переводом статьи Виктора Берко-Боатенг, Ксерокс корпорейшн и Давида Дж. Квеснел, университет г. Рочестер.

За последнее время со стороны индустриальных и исследовательских сообществ проявляется значительный интерес к блок-сополимерам, обусловленный многообразием путей, которыми блок-сополимеры улучшают инженерные свойства композитов. Настоящая работа посвящена изучению зависимости изменения свойств системы полистирол (ПС) –стирол-бутадиен-стирол (СБС) от состава композиции. Основной задачей исследования являлось установление факторов, определяющих пластическую деформацию полистирола и СБС полимера в нескольких совместных композициях

Выбранная для исследования система представляет интерес как с научной, так и с технологической точек зрения. Полистирол давно является коммерческим полимером, но его применение ограничено хрупкостью. Одним из путей решения этой проблемы является внедрение глобул каучука в стекловидную матрицу термопласта для улучшения механических свойств композиции посредством модификации ее морфологии. Хорошими примерами подобных решений являются ударопрочный полистирол (HIPS) и акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS). В применениях, где высокая прочность не является основным требованием, СБС каучуки обладают преимуществом вследствие возможности их применения в рецептурах со многими другими полимерами. Для настоящего исследования была выбрана система полистирол – СБС, поскольку применение блок-сополимера гарантирует некий оптимальный уровень адгезии между фазами. Помимо этого бутадиеновые фрагменты СБС доступны для реализации в специальных применениях. В свете этих идей мы попытались оценить механические свойства композиций полистирол — СБС для последующей оптимизации свойств, отличных от прочности потока экструдата и ударной прочности.

Методики экспериментов

Изученные в настоящей работе материалы являлись коммерческими марками полистирола и СБС блок-сополимера. Молекулярная масса полистирола составляла около 12000. СБС материал был представлен маркой Kraton D2103 (продукт, подобный Kraton D1102). СБС содержал 28% полистирола, Mn полибутадиенового блока составляла 76000, Mn полистирольного блока – 11000.

Приготовление образцов

Взвешенные раздельно навески гомополимера полистирола и СБС блок-сополимера смешивались в большом контейнере. Смесь переносилась в миксер Banbury, где механически перемешивалась при стандартных условиях (избыточное давление 0,14 МПа, скорость перемешивания 77 об/мин) в течение 10 минут без нагревания. При высоком содержании блок-сополимера в композиции скорость перемешивания увеличивалась до 130 об/мин. Были приготовлены четыре модельные композиции с 10, 20, 30 и 50вес частями СБС на 100 частей полистирола, обозначаемые как ПС/СБС10, ПС/СБС20, ПС/СБС30 и ПС/СБС50.

Приготовленная смесь плавилась. Расплавленный образец извлекался из камеры смешения и измельчался в течение 5 минут при комнатной температуре на роликовой мельнице Farrel. Передний и задний ролики вращались со скоростью 30 и 40 об/мин, соответственно. Раздробленные в холодном состоянии образцы позднее были измельчены в мельнице Fitz до размера частиц, пригодного для компрессионного формования (~20 мкм).

Компрессионное формование и испытание

Для компрессионного формования образцов применялся гидравлический пресс Wabash. Верхняя и нижняя пластины предварительно разогревались до 149 °С. Измельченная композиция переносилась в форму, на которую уже был помещен лист Mylar [двуосноориентированная лавсановая пленка]. Заполняемая форма помещалась под пресс и наполнялась до уровня, когда материал касался верхней пластины. Температура образца контролируемо повышалась до 115 °С, после чего включался пресс. Усилие смыкания пресса составляло 20,7 МПа. После завершения этапа формования нагревающий ток выключался и образец медленно остывал. Когда температура материала достигала приблизительно 38 °С, форма открывалась, образец извлекался и самопроизвольно остывал до комнатной температуры. Готовому образцу придавалась форма параллелепипеда с размерами сторон 1” x ½” x ½”. Такие образцы в дальнейшем использовались для компрессионных испытаний. Для получения бездефектных образцов формованные параллелепипеды обрабатывались с применением процедур и технологий, описанных в литературе.

Испытания ДМА

ДМА [динамический механический анализ] испытания проводились в диапазоне температур – 120…+120 °С при частоте прилагаемого усилия 1 Гц. Для проведения испытаний в режиме вынужденных крутильных колебаний изготавливались прямоугольные образцы размером 63,5 х 12,7 х 3 мм. Детальное описание установки и методики ДМА испытания приведено в литературе. При записи частотных разверток динамических модулей G’ и G” диапазон варьирования скорости деформации составлял четыре порядка. Для испытаний выбирались образцы в форме параллелепипеда

Испытания на сжатие

Компрессионные испытания проводились на 20 KIP сервогидравлическом испытательном стенде в режиме контролируемой деформации. Диапазон скорости изменения относительной продольной деформации варьировался в интервале 5*10-3 — 2*10-1 сек-1. Испытания проводились для образцов в форме параллелепипедов размерами 1”x ½” x ½”. Максимальная продольная деформация образца составляла 50%. Первоначальная высота образца, равная ½”, допускала биаксиальное течение материала во время деформации, равно как и минимизировала влияние поверхностных течений на определяемые механические свойства. Данные изменения нагрузки записывались на 2D регистрирующем устройстве [запись в координатах X-Y], оборудованном приводом с высокой скоростью нарастания выходного сигнала. Регистрируемая информация оцифровывалась и конвертировалась в данные напряжение – деформация.

Экспериментальные результаты и обсуждение

Динамические механические свойства

Характерные зависимости динамического модуля упругости G’, модуля потерь G” и тангенса фазового угла (tan δ) композиции ПС/СБС-10 от угловой скорости представлены на рис.1. В изучаемом диапазоне скоростей кривые не проявляли какого-либо аномального поведения, что предполагало, что композиции остаются вязкоэластичными материалами в диапазоне изменения скоростей деформации (несколько порядков). На рис. 2a, 2b и 2c приведены температурные развертки ДМА кривых при частоте наложения сдвигового усилия 1 Гц. На каждом из рисунков представлены данные для композиций ПС/СБС-10, ПС/СБС-20 и ПС/СБС-30 в сравнении с данными для исходного СБС сополимера (рис. 2а и 2b). ДМА кривые для исходного СБС блок-сополимера качественно совпадают с литературными данными. Во всех случаях наблюдались два доминирующих пика при температурах ~ +95 и -90 °С, соответствующие процессам стеклования полистирола и полибутадиена. Интенсивность полибутадиеновых пиков в композициях непрерывно повышалась по мере увеличения содержания СБС полимера вплоть до исходного СБС (0% стирольного гомополимера). На рис 2a и 2c видно, что с увеличением содержания СБС полимера пики на кривых модуля потерь G” и tan δ, отвечающие переходам в эластомерной фазе, становятся более острыми. Такое поведение наблюдалось ранее для блок-сополимеров, содержащих до 40% полибутадиена. На рис 2c виден явный сдвиг температуры стеклования полистирольной матрицы в сторону более низких температур при увеличении содержания СБС блок-сополимера.

Зависимость динамического модуля упругости G’ и модуля потерь G” при сдвиге композиции полистирол – СБС (10%) от угловой скорости при комнатной температуре

Температурная развертка тангенса фазового угла, tan δ, при частоте прилагаемого усилия 1 Гц. Приведенные для композиций с 10, 20 и 30% содержанием СБС данные сравнены исходным СБС блок-сополимером

Температурная развертка динамического модуля упругости при сдвиге, G’, при частоте прилагаемого усилия 1 Гц. Приведенные для композиций с 10, 20 и 30% содержанием СБС данные сравнены исходным СБС блок-сополимером

Температурная зависимость логарифма модуля потерь при сдвиге, G”, при частоте прилагаемого усилия 1 Гц. Приведены данные для композиций с 10, 20 и 30% содержанием СБС блок-сополимера

При более низких температурах наблюдалось аномальное поведение в переходах эластомерной фазы. При 20% содержании СБС, наблюдался β-переход при более низкой температуре (около -100 °С), тогда как при содержании 10% и 30% СБС, температура стеклования эластомерной фазы сдвигалась в сторону более высоких температур и приближалась к значению, характерному для исходного СБС. Также для композиций, содержащих 10% и 30% СБС, регистрировался новый переход между -50 и -20 °С (рис. 2a и 2c). Этот новый переход не наблюдался в композиции, содержащей 20% СБС. Теоретически и экспериментально было показано, что при охлаждении композиции, содержащей диспергированную эластомерную фазу, до температур ниже температуры стеклования матрицы, эластомерная фаза заметно увеличивается в объеме вследствие большой разницы в термическом расширении фаз. Компаунды с достаточной адгезией между фазами, равно как и вулканизированный каучук, проявляют схожие сдвиги температур стеклования эластомерной фазы в сторону более низких температур. Например, в системах ABS, где частицы каучука хорошо диспергированы, но не привиты (ниже адгезия), наблюдается переход эластомерной фазы при —12 °С, что выше, чем у сухого остатка латекса хорошо привитого каучука, у которого фазовый переход регистрируется при более низкой температуре. Появление нового перехода (третьей фазы) на кривых tan δ и G” может быть обусловлено возможным фазовым разделением и механизмом инверсии в этих композициях. Это явление будет изучено более детально микроскопическими методами. По-видимому, при 20% содержании СБС достигается максимум адгезии между фазами композиции и, следовательно, этот состав может определять предел для достижения высокой прочности в подобных системах.

Поведение напряжение сжатия – деформация

На рис.3 показана зависимость напряжение сжатия – деформация систем полистирол — СБС четырех изученных составов. Для каждой из композиций поведение напряжение — деформация качественно одинаково. Каждая из кривых показывает умеренный предел прочности для каждой из смесей, выше которого идет участок с незначительным увеличением деформации при резком повышении напряжения. Такая характерная исходная текучесть, за которой следовало упрочнение материала, как при холодном волочении, ранее уже отмечалась в литературе. Максимум предела прочности в существенной степени зависит от количества СБС в композиции. Зависимости напряжение –деформация композиций полистирол – СБС для трех скоростей деформации представлены на рис.4. Характер кривых для всех композиций одинаков. Поскольку зависимость формы кривой напряжение – деформация от скорости приложения усилия не столь сильно выражена, как от состава, композиции с меньшим содержанием СБС показывают более острый максимум предела прочности при увеличении скорости деформации.

ПС/СБС-20, (c) ПС/СБС-30, (d) ПС/СБС-50. Зависимость от состава композиции выражена намного сильнее, чем от скорости деформации

Рис.4. Зависимость компрессионное напряжение – деформация для композиций ПС/СБС при трех скоростях деформации: (a) έ=2,5*10-2 сек-1, (b) έ=5*10-2 сек-1, (c) έ=20*10-2 сек-1. Отмечается тенденция для композиций с низким содержанием СБС повышать предел прочности с увеличением скорости

На рис.5 представлена зависимость динамического предела прочности на сжатие от содержания блок-сополимера в композиции для двух скоростей деформации. Значение предела прочности постепенно повышается и достигает максимума при содержании СБС около 20%, а затем снижается при дальнейшем увеличении концентрации каучука в компаунде. Это наблюдение совпадает с литературными данными, где также был сделан вывод, что в системах с повышенной прочностью оптимальное содержание каучука составляет 20%. Мы полагаем, что в композициях с блок-сополимерами количество СБС полимера и прививание играют основную роль в определении значений рабочих характеристик материала.

Рис.5. Зависимость значения динамического предела прочности на сжатие от содержания СБС. Отмечается размытый максимум при 20% СБС. Сравнение с данными по полистиролу (0% СБС) не приведено в силу качественно отличающегося поведения напряжение – деформация

Заключение

Были приготовлены лабораторные образцы системы полистирол – СБС разных составов. Изучалось поведение (деформация) образцов приготовленных композиций при наложении компрессионного усилия, а также зависимость их динамических механических характеристик от состава композиции и скорости деформации. Механические динамические свойства и механическое поведение при сжатии качественно одинаковы для всех составов, что позволило сравнить их свойства. Общие тенденции результатов работы согласуются с результатами работ других исследовательских групп, изучавших подобные системы. Результаты, полученные для образцов с 20% содержанием СБС блок-сополимера, показали изменение расположения β-перехода, равно как и максимума прочности. Увеличение скорости деформации повышает динамический предел прочности, в частности, материалов с низким содержанием СБС. Этот тренд может быть сравним с совместным влиянием содержания каучука в композиции и степени прививания каучука на ударно-прочностные свойства усиленной каучуком системы. Обладающая повышенной прочностью система полистирол – СБС, хотя и может проявлять сложные механизмы деформации, в целом сравнима с другими усиленными каучуком системами типа HIPS или ABS.

Материалы предоставлены компанией Telko

Санкт-Петербург +7 812 602 2420

Москва +7 499 3 467 467

www.telko.com/ru

Кол-во просмотров: 1150
Описание товара
Цена
Компания
Пропитка для бетонных полов Pentra Guard HP Пропитка для бетонных полов Pentra Guard HP
смета
Аэросил (AEROSIL англ). Гидрофильный пирогенный диоксид кремния Аэросил (AEROSIL англ). Гидрофильный пирогенный диоксид кремния
10.00 руб.
Многофункциональная синтетическая смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) марки «Дэксол» (ТУ 2229-001-89382810-2011) Многофункциональная синтетическая смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) марки «Дэксол» (ТУ 2229-001-89382810-2011)
96.00 руб.
Пропитка для бетонных полов Pentra Sil 244+ Пропитка для бетонных полов Pentra Sil 244+
смета
Эпоксидные клеи для футеровки оборудования износостойкой плиткой;
для изготовления и реставрации шеек валов, посадочных мест, крышек подшипников скольжения и качения;
для фиксации резьбовых соединений Эпоксидные клеи для футеровки оборудования износостойкой плиткой; для изготовления и реставрации шеек валов, посадочных мест, крышек подшипников скольжения и качения; для фиксации резьбовых соединений
смета
На правах рекламы