Исследование термостарения полимерных пленок на основе отходов пенополистирола

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование термостарения полимерных пленок на основе отходов пенополистирола

Прошин А.П., д-р техн. наук, профессор, Логанина В.И. д-р техн. наук, профессор,

Кислицына С.Н., канд. техн. наук, доцент, Баранова О.П.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Отработанные полимеры и технологические полимерные отходы становятся загрязнителями окружающей среды, однако, сохранившийся у них комплекс технологических свойств дает возможность их повторного использования в полезных целях. Сотрудниками кафедры строительных материалов Пензенского государственного университета архитектуры и строительства для защиты бетонных и железобетонных строительных конструкций предложены полимерные лакокрасочные покрытия на основе раствора отходов пенополистирола в различных растворителях. В качестве наполнителя использовали порошок марки ФК, в качестве пигмента - оксид хрома, в качестве пластификатора - дибутилфталат.

Для оценки прочностных характеристик исследовали свободные полимерные пленки с оптимальным содержанием наполнителей и пластификатора. Свободные пленки получали на полиэтилентерефталатной подложке. Покрытия наносились на подложку кистевым методом. Перед испытанием полимерные пленки выдерживались 250 ч в комнатных условиях, после чего вырезались образцы размером 1030мм и полиэтилентерефталатная подложка осторожно отделялась от лакокрасочной пленки.

Определение предела прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и модуля упругости проводили на разрывной машине ИР 5057-50 согласно ГОСТ 18299-72 "Материалы лакокрасочные. Метод определения предела прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и модуля упругости". Скорость деформации составляла 10 мм/мин.

На рис. 1 представлены диаграммы "напряжение-деформация" для полимерных пленок толщиной 0,15 мм после 250 ч отверждения в комнатных условиях (кривая 1) и после 50 , 150 и 400 ч термостарения при 50оС, соответственно (кривые 2,3.4). Из приведенных данных видно, что в процессе термостарения изменяется характер разрушения полимерных покрытий. Характер разрушения полимерных пленок после 250 ч отверждения в комнатных условиях и пленок после 50ч и 150ч термостарения носит заметный вынужденно-эластический характер, а пленки после 400 ч термостарения претерпевают хрупкий разрыв.

Рис.1. Диаграммы «напряжение-деформация» полимерных пленок на основе раствора ППС :

1 - после 250 ч отверждения в комнатных условиях;

2, 3, 4 - после 50,150 и 400 ч термостарения при температуре 50оС.

термостарение полимерный пленка пенополистирол

В результате термостарения в течение 50 ч наблюдается повышение значения разрушающих напряжений при растяжении с 4 до 5,2 а. Очевидно, в процессе старения улетучивается остаточный растворитель, а также идет дальнейшее структурирование лакокрасочного состава на основе раствора ППС, что приводит к росту разрушающих напряжений при растяжении. В процессе дальнейшего термостарения в течение 150 и 400 ч наблюдается снижение прочности лакокрасочных пленок на основе раствора ППС до 4,5 и 3,6 а соответственно. Очевидно, что термостарение приводит к термодеструкции полимера, что и является причиной снижения прочности. Относительное удлинение при разрыве исследуемых пленок после 50 ч термостарения снизилось с 14 до 9%, после 150 ч - до 5,5% ,после 400 ч - до 1,2% (рис.1). При этом модуль упругости при растяжении повысился с 50 МПа до 90, 180 и 300 МПа соответственно.

Снижение эластичности, очевидно, объясняется постепенной потерей пластификатора в результате его улетучивания. Используемый пластификатор (дибутилфталат) не вступает в химическую реакцию с полимером и с течением времени улетучивается. Эксплуатация же полимерных покрытий при повышенной температуре ускоряет процесс улетучивания пластификатора.

Были проведены исследования изменения прочности полимерных пленок различной толщины в процессе термостарения. Результаты исследований представлены на рис.2.

Рис.2. Зависимость разрушающих напряжений при растяжении от толщины полимерных пленок:

1 - после 250 ч отверждения в комнатных условиях,

2,3 - после 50 и 400 ч термостарения соответственно.

Как показали исследования, по мере старения в результате потери эластичности полимерные пленки становятся более чувствительными к масштабному фактору. Так, после 50 ч старения прочность пленок на основе раствора пенополистирола с ростом толщины от 0,2 до 0,9 мм уменьшается с 6 до 1,5 а (кривая 2 , рис.2). После 400ч термостарения прочность пленок с ростом толщины снижается еще более значительно (кривая 3, рис. 2). Увеличение толщины от 0,2 до 0,5 мм привело к снижению прочности при растяжении почти в 7 раз.

Внутренние напряжения, возникшие в покрытиях при их отверждении и в процессе старения, сохраняются длительное время. Следовательно, для изучения условий разрушения покрытий под действием внутренних напряжений, возникающих в покрытии в процессе отверждения и эксплуатации необходимо знать не только значения прочности при кратковременных испытаниях, но и значение установившейся длительной прочности. Нами были проведены исследования длительной прочности в процессе термостарения.

Для более наглядного представления об интенсивности снижения длительной прочности по сравнению с кратковременной, результаты исследования длительной прочности пленок при температуре 20оС и нагрузке 0,5 Н представлены в координатах (рис.3). За кратковременную прочность принята прочность при времени нагружения 10 с, а - прочность пленки ко времени .

Рис.3. Зависимость полимерных пленок на основе раствора ППС от времени нагружения: 1-после 250 ч отверждения в комнатных условиях; 2,3- после 150 и 400 ч термостарения соответственн.

Из рис. 3 следует, что по мере термостарения жесткость покрытий увеличивается, возрастает и их длительная прочность. Так, свежеприготовленные пленки имеют установившуюся длительную прочность 32 %; длительная прочность этих пленок после 150 ч термостарения составляет 42% от кратковременной, а после 400 ч термостарения - 54% от кратковременной(кривые 2,3, рис.3).

Как показали исследования в процессе термостарения полимерные пленки на основе раствора отходов пенополистирола изменяются не только значения разрушающих напряжений при растяжении, но и характер их разрушения. В результате термостарения полимерные пленки становятся более чувствительными к масштабному фактору. В процессе термостарения наблюдается увеличение длительной прочности полимерных пленок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Санжаровский А.Т. Физико-механические свойства полимерных и лакокрасочных покрытий. М.: Химия, 1978, -183 стр.

2. Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химия, 1984, -289 с.

Размещено на Allbest.ru