ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА

Композиты общего назначения на основе термопластов

Термопластичные композиты, как технические, так и общего назначения, под­вергаются «первичной» и «вторичной» повторной переработке. Следовательно, поскольку способ переработки (измельчение изделий и новый технологический процесс) определен, в центре внимания будет влияние повторной переработки на свойства материала. Свойства переработанных материалов определяют выбор «первичной» или «вторичной» технологии. В этом разделе мы обсудим перера­ботку термопластов общего назначения, а технические композиты — в следую­щем. Среди композитов общего назначения наибольшее значение имеют компо­зиты с матрицей из ПП, поэтому с них мы и начнем наше рассмотрение. Затем обсудим результаты, касающиеся другого важного полиолефина, — полиэтилена. Закончим раздел обзором возможностей переработки композитов со стирольной матрицей, ПС и АБС-пластик.

ПП, армированный стекловолокнами, тальком, древесной мукой и даже во­локнами из макулатуры, подвергался вторичной переработке Для определения свойств смесей из оригинального и 20 % вторичного, армированного стеклово­локном ПП, испытавшего несколько циклов переработки, использовались мате­матические модели, основанные на экспериментальных кривых деструкции [74] ПТР армированного ПП показал значительно более быстрый рост с числом цик­лов переработки, чем ПТР неармированного ПП. Как и в предыдущем исследова­нии армированного и неармированного поликарбонатов [53], эффект был объяс­нен тем фактом, что в армированном полимере стекловолокна оказывают влияние на его деструкцию через разрыв цепей благодаря своей большей вязкой диссипа­ции тепла, а после переработки длина волокон, как было обнаружено, уменьша­лась. Как можно видеть на рис. 5.30, модели адекватно описывают влияние цик­лов переработки на длину волокна и механические свойства композита на основе ПП. Также анализировался эффект длины волокна в формировании механичес­ких свойств переработанного композита.

Для композитов типа ПП/непрерывное волокно [75] было получено, что чем более динамично идет процесс литья, тем более интенсивно идет истирание во­локон, что ведет к ухудшению механических свойств. Однако после пяти циклов нагревания свойства композита оставались неизменными

Влияние условий переработки на строение и механические свойства напол­ненного тальком ПП изучалось при проведении последовательных циклов ли­тья при различном содержании талька, при различных температурах скоростях сдвига [66]. Стойкость к деструкции сравнивалась для наполненного тальком и ненаполненного ПП в целях выяснения механизма протекающих деструкцион - ных процессов. Основной эффект переработки наполненного ПП выражался в уменьшении его молекулярной массы; он был особенно очевидным, когда со­провождался разрушением частиц талька при высоких уровнях сдвига. Модуль упругости и предел текучести изменялись после переработки очень незначитель-

0

0 2 4 6 8 10

Число циклов

Рис. 530. Теоретические (кривые) и экспериментальные (значки) зависимости механических свойств и средней длины волокон армированного стекловолокном ПП от числа циклов переработки при различной величине фракции оригинального материала (k) (Источник: СЛ. Bernardo, A. M. Cunha, M. J. Oliveira, Polymer Engineering and Science, 1996, 36,511. The Society of Plastics Engineers.)

яо. Уменьшение пластичности было малым при низком содержании наполните­ля и небольшом сдвиге. Однако после переработки со значительным усилием сдвига (рис. 5.31) структурные изменения приводили к общему уменьшению раз­рушающей деформации, которое было самым значительным в ПП с 10 %-ным содержанием талька.

Переработанный ПП использовался в композитах с древесной мукой [76]. Ис­следовалось влияние размера и концентрации частиц муки, связующего агента, ударного модификатора и антипирена на механические свойства композитов. Вли - ише переработки ПП с волокнами из макулатуры было исследовано при измель - 4ении и многократных (до 8) циклах литья под давлением [77]. Несмотря на явное ’величение ПТР, что находится в согласии с исследованием [66], течение расплава композитов на основе ПП показало незначительные изменения по мере увели­чения числа циклов переработки. Уменьшение прочности при растяжении было более выраженным для композитов с большим содержанием наполнителя, что
объяснено уменьшением характеристического отношения волокон. Изменение прочности и модуля на изгиб были менее существенными. Наконец, переработан­ный ПП включался также в композиты, составленные из сополимеров стирола с малеиновым ангидридом и волокнами из макулатуры [77], в которых изучалось влияние различных связующих агентов на их свойства.

При переработке композитов на основе ПЭ используются композиты со стек­ло - и лубяными волокнами. Сочетание «третичной» и «вторичной» технологий переработки применялось по отношению к полученным компрессионным лить­ем композитам из ПЭНП с 40% стекловолокон [78]. Они подвергались растворе­нию, а армирующий компонент извлекался с помощью фильтрации. Количество остаточного полимера на волокнах можно было регулировать путем изменения различных количеств горячего раствора, применяемого для отмывки во время фильтрации. Восстановленные волокна были использованы для изготовления новых композитов с оригинальной полимерной матрицей. Новые композиты продемонстрировали лучшее качество при разрывных испытаниях, чем компо­зиты, содержащие оригинальные волокна. Наиболее значимыми факторами, вли­яющими на результаты этих испытаний, оказались дисперсия стеклянных воло­кон в расплавленном полимере и распределение полимера на волокнах. Таким образом, с помощью использования повторно используемых волокон можно улучшить качество композитов.

Механические свойства и размерная стабильность бывшего в употреблении ПЭ, наполненного лубяным волокном, изучались при комнатной температуре, и

1000

ПП

а?

к

2 3 4

Число циклов

Рис. 5.31. Пластичность материалов на основе ПП в зависимости от числа циклов перера­ботки при 250 °С и высоком сдвиговом усилии (Источник: G. Guenica-Echevania, J.l. Eguiazabal. J. Nazabal. Polymer Degradation and Stability 1996, S3, 1. Elsevier Science Ltd.)

после погружения в кипящую воду, в результате чего изменялось содержание волокна и модификатора ПЭ [79]. Во влажном состоянии уменьшались как проч­ность при растяжении, так и модуль упругости, тогда как относительное удлине­ние и ударная прочность улучшались. Малеинированный ПЭ был лучшим свя­зующим агентом.

После многократных циклов литья под давлением композиты на основе ПЭ с волокнами из макулатуры показали увеличение ПТР с числом циклов перера­ботки (до 8 циклов) [77]. Это имело место, несмотря на то что в случае ПЭ сши­вание было деструктивным механизмом, снижающим ПТР. Тесты на разрыв и изгиб показали лишь незначительное ухудшение соответствующих параметров с увеличением числа циклов переработки.

Исследовались механические свойства переработанного ПС, наполненного 5, 10 и 20 %масс. диоксида титана, испытавшего 8 циклов экструзии с последую­щим литьем под давлением [80]. Не удалось выявить влияния уменьшения мо­лекулярной массы матрицы и присутствия наполнителя на уменьшение ударной прочности. Предельные разрывные параметры уменьшались с увеличением чис­ла циклов переработки.

В работе [81] исследовалась повторная переработка наполненных древесны­ми опилками композитов из ПС при различном содержании наполнителя и со специальной обработкой или без таковой. Материал подвергался 3 циклам ком­прессионного литья при температуре 175 “С. За исключением нескольких случа­ев, свойства композитов не изменялись после 3 циклов переработки. Механиче­ские свойства и размерная стабильность композитов до и после переработки измерялись до и после погружения в холодную и кипящую воду, а также при вы­сокой температуре. Функциональные качества композитов не изменялись после переработки, причем переработанные композиты показывали лучшие качества, чем непереработанные.

Наконец, влияние переработки на АБС-пластик, армированный углеволокна - ми с никелевым покрытием при их содержании 10, 20 и 30 промилле от полимера исследовано в [82]. Композиты были исходно получены и повторно перерабаты­вались до двух раз на двухшнековом экструдере или до трех раз на экструдере BrabenderPlasticorder. Длина волокон, вводимых в двухшнековый экструдер, была ниже критической; следовательно, прочность при растяжении и модули компози­тов были близки к таковым матрицы. Кроме того, проводящие волокна не образо­вывали проводящей сетки, и эффективность экранирования композитов была 0 дБ. Для композитов, смешанных в Brabender Plasticorder, длина волокон превы­шала критическую даже после трех циклов переработки. Модуль упругости при этом не изменялся, а прочность при растяжении слегка возрастала. Ударная проч­ность и максимальная эффективность экранирования (47 дБ) уменьшалась с чис­лом циклов переработки. Наконец, вязкость падала с ростом числа циклов как из-за уменьшения молекулярной массы АБС-пластика, так и из-за переломов во­локон.