ВВЕДЕНИЕ 6
1 Теоретическая часть 8
1.1 Общая характеристика высоконаполненных полиолефиновых композитов 8
1.2 Свойства полиолефиновых композитов 10
1.2.1 Механические свойства 10
1.2.2 Динамические свойства 12
1.2.3 Реологические свойства композитов 13
1.2.4 Электрические свойства 14
1.3 Производство полиолефиновых композитов на основе натуральных
волокон 16
1.4 Обработка армирующих волокон 17
1.4.1 Физическая обработка 18
1.4.2 Физико-химическая обработка 19
1.4.3 Химическая обработка 19
1.5 Стандарты испытаний биоразлагаемых композитов 20
1.6 Методы оценки биоразлагаемости полимерных композитов 22
1.6.1 Лабораторные методы 24
1.6.2 Натурные испытания 28
2 Экспериментальная часть 30
2.1 Исходные вещества 30
2.2 Методика измельчения подсолнечной лузги 30
2.3 Методика компаундирования компонентов композиционных 32
материалов на лабораторном смесителе периодического действия 32
PolyLab Rheomix 600 OS 32
2.4 Методика компрессионного формования пластин для физико¬
механических и реологических испытаний на лабораторном прессе GT- 7014-Н50С 34
2.5 Методики исследования технологических и эксплуатационных 35
характеристик композитов 35
2.5.1 Методика исследования физико-механических характеристик 35
2.5.2 Методика испытаний на влагопоглощение 37
2.5.3 Методика исследования реологических характеристик 38
расплавов композитов в режиме вынужденных колебаний 38
2.5.4 Методика определения химического потребления кислорода
композиционными материалами 40
3 Результаты и их обсуждение 41
3.1 Получение и исследование физико-механических характеристик композитов на основе полиэтилена и подсолнечной лузги 41
3.2 Исследование реологических характеристик композитов на основе полиэтилена и подсолнечной лузги 43
3.3 Исследование водопоглощения композитов на основе полиэтилена и подсолнечной лузги 45
3.4 Исследование биодеструкционных свойств композитов на основе полиэтилена и подсолнечной лузги 46
3.5 Исследования зависимости ХПК композита от концентрации наполнителя 47
ВЫВОДЫ 49
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 50
В настоящее время полимерные композиты получили широкое распространение во многих областях человеческой деятельности. Статистика мирового потребления конструкций и изделий из полимерных композитных материалов (ПКМ) показывает, что основный их объем сосредоточен в гражданских секторах экономики. Среди них следует выделить строительную индустрию, включая строительство объектов транспортной инфраструктуры (18% мирового объема потребления), энергетику и электронику (21%), транспортное машиностроение (15%), жилищно -коммунальное хозяйство (12%), ветроэнергетику (более 11%) [1]. Таким образом, основным драйвером роста выступает строительный сектор, на который с учетом транспортной и коммунальной инфраструктуры приходится 30% общего объема мирового потребления ПКМ и изделий из них.
Вместе с растущей экологической озабоченностью и внедрением экологической политики, поощряющей использование биоразлагаемых материалов для компостируемой упаковки, значительно возрос интерес к материалам, усиленным натуральными волокнами/наполнителями, которые были бы одновременно как экономически эффективными, так и экологически безопасными. Правила экологической безопасности оказывают значительное давление на критерии, предъявляемые как к самим материалам на стадии производства, так и к конечным продуктам с целью учета их экологического воздействия на всех стадиях цикла получения продуктов. По этим причинам, многие компании вынуждены искать более экологически безопасную альтернативу уже существующим стеклянным и углеродным композитам. Ярким примером такой альтернативы могут послужить термопластичные композиты, наполненные агрокультурными отходами, которые, благодаря своей способности к рециклингу, обеспечивают привлекательные экологические свойства [9]. Преимущества натуральных волокон / наполнителей по сравнению с традиционными: низкая стоимость, высокая
6
вязкость, низкая плотность, хорошие удельные прочностные характеристики, снижение износа инструмента (неабразивные к обрабатывающему оборудованию), повышение рекуперации энергии, биоразлагаемость. Большинство являются диэлектриками, обладают высокой эксплуатационной стойкостью при действии сильных физических полей, активных сред и других внешних воздействий.
Из-за их полой и клетчатой природы, естественные волокна показывают уменьшенную насыпную плотность. Как продукт на масляной основе полиолефины не могут быть классифицированы как биоразлагаемые полимеры, однако, с введением в них усилителей, увеличивающих их биоразлагаемость, полиолефины могут занять важную нишу среди прочих эко-композитов.
Целью данной работы является исследование физико-химических свойств композиционных материалов на основе полиолефинов и агрокультурных отходов, представленных в виде подсолнечной лузги.
1. Разработан технический процесс смешения и компандирования компонентов биоразлагаемых композиционных материалов на основе полиолефинов и подсолнечной лузги в лабораторном смесителе периодического действия. Получено шесть композитов с различным наполнением подсолнечной лузги (от 5 до 30 %).
2. Исследованы их физико-механические свойства. Показано, что композиты
наполненные подсолнечной лузгой до 30 % обладают высокими упруго¬
прочностными свойствами.
3. Установлено, что введение в композиционные материалы подсолнечной лузги (до 30 %) и компатибилизаторы (10 %) не оказывает существенного влияния на вязкость по сравнению с чистым ПЭНД.
4. Исследована динамика потери массы образцов композиционных материалов в лабораторном грунте. Установлено, что потери массы увеличиваются с увеличением массовой доли наполнителя.
5. Установлено, что ХПК единицей площади композиционных материалов являются достаточно воспроизводимой оценкой способности полимеров окисляться в естественных условиях.
