ТЕРМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ УГЛЕНАПОЛНЕННЫХ АБС ПЛАСТИКОВ Абдуллин М.И.,Басыров А.А.,Николаев С.Н.,Гадеев А.С.,Николаев А.В.

Башкирский государственный университет


Номер: 5-1
Год: 2014
Страницы: 19-22
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

технический углерод, АБС-пластик, П805, П803Э и PRINTEX XE-2B, technical carbon, ABS, P805, P803E, PRINTEX XE-2B

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Методом динамической термогравиметрии (ТГА) в сочетании с дифференциальным термогравиметрическим анализом (ДТГ) изучено влияние наполнения техническим углеродом различных марок АБС-пластика на основные параметры термической деструкции и на кинетические параметры термической деструкции полимерных смесей.

Текст научной статьи

Среди многочисленных композитов большой интерес вызывают материалы, которые обладают комплексом свойств и характеристик, не присущих природным материалам. Наиболее ярким представителем такого рода материалов являются материалы электротехнического назначения и, в частности, резистивные электропроводящие полимерные композиционные материалы. В связи с этим в последнее время все более широкое развитие получили исследования и разработки в области электропроводящих полимерных композиционных материалов (ЭПКМ) резистивного назначения. Основным преимуществом ЭПКМ перед известными аналогичными материалами на металлической основе является возможность обеспечения поверхностно распределенного выделения тепла, что улучшает равномерность нагрева, уменьшает перепад температур [1-3] между нагревательным элементом и объектом, повышая надежность и снижая энергетические потери [4]. Переработка ЭПКМ требует знаний температурного интервала переработки, которые до сих пор остаются открытыми. Цель данной работы являлось термостабильности АБС пластиков наполненных различными марками технического углерода. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Исходные вещества и реактивы: АБС марки 0809М, технический углерод марки П803, П805Э и Printex XE-2B. Композиции на основе АБС готовили путем смешения в металлическом цилиндре, в течение 300 сек при скорости перемешивания 440 мин-1. Получаемые порошкообразные композиции гранулировали на лабораторном одношнековом экструдере при температуре материального цилиндра 200-230ºС с последующим дроблением экструдата. Характеристики шнека экструдера: D/L=15см, глубина витка 16.5мм , ширина гребня 20мм. Исследование термических свойств проводили в динамическом режиме. Для изучения термодеструкции применяли метод динамической ТГА в сочетании с ДТА. Динамическую ТГА проводили на дериватографе Mettler Toledo TGA/DSC в интервале температур от 20 до 600 °С в атмосфере азота при одновременном удалении газообразных продуктов деструкции. Величина навески составляла 5,5±0,1 мг, скорость подъема температуры 5 - 20 ºС/мин. Для определения основных кинетических параметров: эффективной энергии активации Ea кДж/моль, А мин-1 и порядка реакции n применяли метод Coats-Redfern по уравнению [5]: (I) где α - массовая доля образца, разложившаяся за время τ; β - скорость нагревания, ºC/мин; п - порядок реакции; Еа - энергия активации, Дж/моль; R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль×К). Порядок реакции определяют подстановкой различных значений п. При правильном выборе п зависимость lg[l-(1-α)1-n)/(T2 (1 -п)] от 1/Т имеет вид прямой линии с наклоном, определяемым величиной -Eа/2,3R. Величину lg(AR/αE)[1-(2RT/Ea)] можно считать постоянной для большинства значений Еа и интервала температур. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Методом термогравиметрического анализа изучено влияние наполнителей на термоокислительную устойчивость АБС-сополимеров. Установлено, что наполнители не изменяют общего характера хода кривых ТГА. Рис. 1. Термограмма 1 - АБС и 2 - АБС наполненного техническим углем марки П 803 (степень наполнения 30%, скорость нагрева 10ºС/мин, атмосфера воздух) Подпись: Изучена термическая деструкция АБС, наполненных техническим углеродом марки П805Э и П803 с различным содержанием наполнителей. Значения температуры начала интенсивной термической деструкции (Ti), конечной температуры потери массы (Тf) (рассчитывались по методу касательных) и температуры максимальной скорости термической деструкции (Тmax) приведены в таблице 1. Таблица 1 Данные термогравиметрического анализа угленаполненного АБС-0809М Подпись: № Композиция Стадия увеличения массы образца Тн.о.,0С Тm, 0С Тк, 0С 1 АБС 140 170 200 2 90% АБС + 10% «П-803» 145 170 200 3 80% АБС + 20% «П-803» 150 180 210 4 70% АБС + 30% «П-803» 160 190 220 5 90% АБС + 10% «П-805Э» 145 170 200 6 80% АБС + 20% «П-805Э» 150 180 200 7 70% АБС + 30% «П-805Э» 160 190 210 8 90% АБС + 10% «Printex XE-2B» 142 172 208 9 80% АБС + 20% «Printex XE-2B» 153 184 211 10 70% АБС + 30% «Printex XE-2B» 157 193 218 Примечание: Tн.о.-температура начала образования гидропероксидных групп; Tm-температура максимальной скорости процесса увеличения массы; Tк- температура окончания процесса увеличения массы. Процесс термической деструкции сопровождается увеличением массы навески анализируемого сополимера, которая связана с накоплением гидропероксидных групп в анализируемом образце [6-7]. Максимальная скорость образования гидропероксидных групп для исходного АБС составляет 170°С (Тm). Процесс накопления гидропероксидных групп завершается у исходного АБС при достижении температуры около 240ºС. В присутствии технического углерода в составе АБС смеси вызывают некоторое повышение температуры начала процесса образования гидропероксидных групп (табл. 1). Так, увеличение содержания технического углерода в составе АБС-пластика от 0 до 30% приводит к росту температуры начала накопления гидропероксидных групп от 140 до 160ºС. Наблюдаемый сдвиг температур Тн.о. - Тк, возможно, связан с тем, что в процессе переработки области с пониженной плотностью упаковки макромолекул оказываются заполненными наполнителем, что препятствует диффузии кислорода внутрь образца, следствием чего и является повышение температуры начала образования гидропероксидных групп. Кроме того, присутствие технического углерода также оказывает термостабилизирующее влияние на АБС-пластик. Экспериментальные результаты (табл. 2) свидетельствуют о том, что значения Ti, Тf и Тmax термической деструкции наполненных АБС смесей проявляет тенденцию к росту с увеличением степени наполнения полимера. Причиной повышения термоокислительной стабильности наполненных полимеров может быть также связывание наполнителем кислорода, растворенного в объеме полимера [8]. Термостабильность наполненного полимера может возрастать и за счет диссипации тепловой энергии наполнителем, обладающего большей теплопроводностью и большей теплоемкостью, чем полимер. Таблица 2 Данные термогравиметрического анализа угленаполненного АБС-0809М № Композиция Стадия уменьшения массы образца Тн.п,,0С Т5, 0С Т10, 0С Тмах, 0С 1 АБС 240 310 330 380 2 90% АБС + 10% «П-803» 250 315 345 390 3 80% АБС + 20% «П-803» 255 325 350 390 4 70% АБС + 30% «П-803» 265 350 365 400 5 90% АБС + 10% «П-805Э» 250 310 340 390 6 80% АБС + 20% «П-805Э» 260 320 350 390 7 70% АБС + 30% «П-805Э» 270 360 370 400 8 90% АБС + 10% «Printex XE-2B» 251 312 338 392 9 80% АБС + 20% «Printex XE-2B» 263 318 352 398 10 70% АБС + 30% «Printex XE-2B» 274 364 371 404 Примечание: Тн.п.-температура начала потери массы; Т5-температура нагрева, отвечающая потери 5 % массы; Т10- температура нагрева, отвечающая потери 10% массы; Тмах-температура нагрева, отвечающая максимальной скорости процесса деполимеризации. Данное предположение подтверждается значениями параметра эффективной энергии активации термической деструкции (Ea) АБС наполненных смесей, которая увеличивается с ростом степени наполнения (табл. 3). Так, с увеличением содержания наполнителя от 0 до 30% значение параметра Ea увеличивается от 365 до 411 кДж/моль (табл. 3). Кроме того установлено, что марка технического углерода не оказывает влияния на кинетические параметры термической деструкции полимерных смесей. Таблица 3 Основные кинетические параметры термической деструкции наполненных АБС-пластиков № Композиция Ea, кДж/моль 1 АБС 325 2 90% АБС + 10% «П-803» 367 3 80% АБС + 20% «П-803» 382 4 70% АБС + 30% «П-803» 411 5 90% АБС + 10% «П-805Э» 371 6 80% АБС + 20% «П-805Э» 394 7 70% АБС + 30% «П-805Э» 402 Показано, что термическая устойчивость угленаполненных АБС композиций выше ненаполненного полимера. С увеличением содержания в составе АБС технического углерода термическая устойчивость полимера повышается. Установлено, что значения эффективной энергии активации процесса термической деструкции для наполненных АБС с увеличением с увеличением содержания наполнителя имеют тенденцию к росту.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.