Разработка литьевых высоконаполненных древесно-полимерных композиций с улучшенными технологическими и эксплуатационными свойствами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат технических наук Ишков, Андрей Владимирович

• Ишков, Андрей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ишков, Андрей Владимирович

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1 Композиционные материалы.

1.2 Основные виды связующих ГЖМ.

1.3 Характеристики наполнителей.

1.4 Получение древесно-полимерных композитов.

1.5 Свойства древесно-полимерных композитов.

1.6 Улучшение свойств ДПК.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка литьевых высоконаполненных древесно-полимерных композиций с улучшенными технологическими и эксплуатационными свойствами»

Одной из основных задач современности является снижение негативного влияния жизнедеятельности человека на окружающую среду и переход к использованию возобновляемых источников энергии.

В свете этих тенденций разработка композиционного материала состоящего из отходов деревообработки и термопластичного полимерного связующего выглядит очень актуально и своевременно. Эти системы, получившие в литературе название древесно-полимерные композиты, интересны по нескольким причинам:

1. Благодаря высокой степени наполнения (до 90%) [1] древесно-полимерные композиты занимают промежуточное положение по физико-механическим и эксплуатационным свойствам между пластмассами и древесиной. Это дает возможность использовать данный материал в областях, где традиционно используется древесина и пластик.

2. В качестве сырья для получения ДПК могут быть использованы вторичные пластмассы и отходы деревообработки. Известно, что переработка отходов пластмасс и деревообработки достаточно энергоемкий процесс, который может быть заменен более эффективной переработкой в новый продукт.

3. Древесно-полимерный композит более экологичен чем древесноволокнистые и древесно-стружечные плиты за счет меньшего выделения фенола и формальдегида. ДПК может быть использован даже в производстве игрушек.

В настоящее время львиная доля ДПК используется в основном для де-кинга и систем ограждений (половые доски, лестницы, стойки и манжеты стоек, обвязка перил и фундамента). По оценке специалистов рынок декинга в 2011 году составит 6.5 млрд. $ и изделия из ДПК, составят в нем до 30%. Относительно небольшое количество промышленно производимых ДПК идет на сайдинг, изгороди, паллеты, оконный профиль.

Получение высоконаполненных материалов, обладающих более широким спектром свойств и возможностей для переработки, позволит расширить область применения данных композитов.

В данной диссертационной работе предлагается вариант модификации полимерного композиционного материала на основе полиолефинов и отходов деревообработки ультразвуком, а также исследуются реологические свойства при скоростях сдвига, характерных для литья под давлением. Для достижения данной цели решались следующие задачи: Установление зависимости влияния количества, дисперсности, вида наполнителя на реологические свойства высоконаполненных композиций на основе полипропилена в диапазоне скоростей сдвига, характерных для процесса литья под давлением.

Исследование возможности модификации композита для повышения прочностных свойств.

Определение оптимальных параметров ультразвуковой обработки, позволяющих получать материал с высокими прочностными характеристиками.

1. Литературный обзор

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Ишков, Андрей Владимирович

Выводы

1. Разработаны высоконаполненные древесно-полимерные композиции с улучшенными технологическими и эксплуатационными свойствами.

2. Впервые разработана технология получения ДПК с применением ультразвуковой обработки с улучшенными эксплуатационными свойствами. Разработана установка для получения таких материалов. Установлено, что ультразвуковая обработка позволяет улучшить качество расплава композита и избавиться от эффекта «акульей шкуры» - разрывов расплава при выходе из экструзионной головки.

3. Установлено влияние вида древесной муки и степени наполнения на реологические свойства композита с использованием литьевой машины БЗСТ 125/450.

4. Разработана методика определения реологических характеристик термопластов при помощи литьевой машины БЗСТ 125/450 при скоростях сдвига, близких к скоростям переработки методом литья под давлением. Методом активного эксперимента получены зависимости реологических свойств ДПК от различных параметров. Эти данные были эффективно использованы при составлении технологических карт при литье изделий из композита.

5. Изучена зависимость изменения гигроскопичности в зависимости от качественного состава ДПК. Показано влияние гигроскопичности на реологические свойства материала.

6. Разработанные композиции были использованы для получения товаров народного потребления в условиях производства ООО НПП «Технолог» (город Владимир), ЗАО «Ковровский опытно-экспериментальный завод» (город Ковров), ООО «Владспортпром» (город Владимир). t

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ишков, Андрей Владимирович, 2011 год

1. Володин В.П. Экструзия профильных изделий из термопластов.-СПб.:Профессия,2005. 480с.

2. Технология пластических масс. 3-е изд. Под ред. В.В, Коршака. — М.:Химия, 1995.-560с.

3. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учеб. пособие/ M.JI. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин и др.; под ред. А.А.Берлина. СПб,: Профессия, 2008. - 560с.

4. Клёсов А. Древесно-полимерные композиты.-СПб.:Научные основы и технологии,2010. 736 с.

5. Walcott М!Р. Englund К. A technology review of wood-plastic composites. 3ed.,.N.Y.Reihold Publ.Corp., p 151 (1999)

6. Klason C., Kubat and H.E.Stromvall. 1994 The efficiency of cellulosic fillers in common termoplastics. Part I. Filling without processing aids or coupling agents. International J. of Polymeric materials. 10:159-187

7. Liang B.H. 1995 Properties of recycled wood fiber and polysteryne multiphase composites Ph.D. Dissertation, Universiy of Mane, Orono, ME

8. Liang B.H., L. Mott, S.M. Shaler, and G.T, Canevba. 1994 Properties of transfer-moulded wood-fiber/polysreryne composites. Wood and fiber Science. 26(3); 382-389

9. Takase S., Shirashi N. 1989. Studies on composites from wood and polypro-pylenes. II. J.of Applied Polymer Sci. 37:645-6591 l.Yam S. 1990: Wood-plastic composite. Modern Packaging, 44, №3,62-65.

10. Tomala P., Paakkonen K. 1985. Injektion moulding and extrusion of composites of low-density polyethylene and plywood grindings. J. Applied Polymer Sci. 37:423-427

11. Maiti S.N., Singh K. 1986. Influence of wood flour on the mechanical properties of polyethylene. J.of Applied Polymer Sci. 32:4285-4289

12. Пат. 969537 SU, МПК В 29J5/00. Способ получения древесно-полимерной массы./ Мельников С.В.; Астапкович В.В.; Купчинов Б.И. (Россия)./ Институт механики металлополимерных систем АН БССР 3217275; Заявлено. 12.12.1980.; Опубл. 30.10.1982

13. Спиглазов А.В., Ставров В.П. Влияние размеров древесных частиц и степени наполнения на текучесть композиций с полипропиленом. Пластические массы., 2004, №12, с. 50-52

14. Martelli F.G. 1983 Twin-screw extruders: A basic understanding. Van No-strand Reinhold company., New York., NY

15. Rosen S.L. 1993 Fundamental principes of polymeric materials. John Wiley and Sons, New York,NY

16. Huber K.A. 1996. Twin-screw extruder processing of wood fiber-plasic composite. In: Proc. Wood fiber-polymer composites: virgin and recycled wood fiber and polymers for composites. Forest Products Society, Madison.

17. Kim Т., Lee Y., Im S., 1997 The preparation and characteristics of low-density polyethylene composites conteining cellulose treated with cellulose Polymer composites 18(3): 273-282

18. Берлин А.А., Вольфсон С.А., Ошмян В.Г., Ениколопов Н.С. Принципы создания1 полимерных композиционных материалов. М.: Химия, 1990. — 240с.

19. Липатов Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров. М.: Химия. 1977.512с.

20. Композиционные материалы. Разрушение и усталость./Под ред. Л. Бра-утмана. -М.:Мир, 1978 483с.

21. Наполнители для полимерных композиционных материалов: Справочное пособие; Пер. с англ./ Под ред. П. Г. Бабаевского. М.: Химия, 1981. — 736 с.

22. Композиционные материалы. Справочник / Под ред. В.В.Васильева, Ю.М. Тарнопольского. -М.: Машиностроение, 1990. 510с.

23. Андреева A.B. Основы физико-химии и технологии композитов. М.: Изд-во журнала «Радиотехника» ИПРЖР, 2001- 301с.

24. Тарнопольский Ю.М., Жигун И.Г., Поляков В.А. Пространственно-армированные композиционные материалы. М.Машиностроение, 1987. -223с.

25. Пул-мл. Ч., Оуэне Ф. Нанотехнологии. -М.: Техносфера, 2006. -334 с.

26. Макаров Г.В., Контенамусов В.Б. Промышленные термопласты. М.: Химия,-2003,-208с.

27. Наполнители для полимерных композиционных материалов./ Под ред. Г.С. Каца и Д.В. Макевски, пер. с англ. М.: Химия, 1981. - 736 с.

28. Феррично Т.Х. Основные примеры выбора использования дисперсных наполнителей./Пер. с англ. -М.: Химия, 1979. 150 с.

29. Шалун Л.Г., Плоткин Г.Б. Декоративные бумажно-слоистые пластики. — М.: Лесная промышленность, 1968. — 200с.

30. Методы исследования структуры и свойств полимеров: Учеб. пособие./ И.Ю. Аверко-Антонович, Р.Т. Бикмуллин; КГТУ. Казань. 2002. - 604с.

31. Михайлов Г.П., Борисова Т.И. Нигманходжаев А.С.-Высокомолекулярные соединения, 1966, т.8.,с 969

32. Технологические и реологические характеристики полимеров. Справочник. Под общ. ред. Ю.С. Липатова. К., «Наук, думка», 1977, 244с.

33. Виноградов Г.В., Малкин А.Я. Реология полимеров. М.: Химия, 1977. 437 с.

34. Промышленные полимерные композиционные материалы. / Под ред. М.Ричардсона; пер с англ. -М.: Химия, 1980. 472 с.

35. Композиционные материалы: Справочник / Л.Р. Вишняков, Т.В. Грудина, В.Х. Кадыров и др. Под ред. Д.М. Карпиноса. — Киев: Наукова думка, 1985.-592 с.

36. Справочник по композиционным материалам: / Под ред. Дж. Любина; Пер с англ. А.Б. Геллера, М.М. Гельмонта; Под ред. Б.Э. Геллера. М.: Машиностроение, 1988.— 488с.

37. Халиулин В.И., Шалаев И.И. технология производства композитных изделий.: Учебное пособие. Казань: Изд-во КГТУ, 2003. - 368с.

38. Горбаткина Ю.А. Адгезионная прочность в системах полимер волокно. - М.: Химия, 1985. - 194с.

39. Ковернинский Г.В. Основы технологии химической переработки древесины.: Учеб. пособие. -М., Лесная промышленность, 1984. -184с.44,Отлев И.А., Штейнберт Ц.Б. Справочник по древесностружечным плитам. М.: Лесная пром-ть, 1983. - 240с.

40. Загоскина Г.В. Использование древесных отходов для изготовления древесных плит за рубежом. Экспресс-информ. По зарубежным источникам. Вып. 19. М., 1980.- 19с.

41. Стерлин Д.М. Сушка в производстве фанеры и древесностружечных плит. М.: 1977. 380с.

42. Кинлок Э. Адгезия и адгезивы. наука и технология. М.: мир, 1991.-320с.

43. Розен Б.У., Дау Н.Ф. Механика разрушения волокнистых композитов / Разрушение. Под ред. Г.Любовиц. — М.: Мир, 1976. 300с.

44. Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностоение, 1988. - 269с.

45. Научные основы производства изделий из термопластичных композиционных материалов. / Г.С.Головкин, В.П. Дмитриенко. М.: Русаки, 2005. — 472с.

46. Симонов-Емельянов И.Д., Кулезнев В.Н. Основы создания композиционных материалов: Учебное пособие. -М.: Изд-во МИХМ, 1986. 86с.

47. Богданов В.В., Торнер Р.В., Красовский В.Н., Регер Э.О. Смешение полимеров. Л.: Химия, 1979. — 193с.

48. Ким B.C., Скачков В.В. Диспергирование и смешение в процессах производства и переработки пластмасс. -М.: Химия, 1988, 240с.

49. Мэтьюз Ф., Ролингс Р. Композитные материалы. Механика и технология. М. Техносфера, 2004. - 407с.

50. Н.С. Ениклопов, М.Д. Сизова, Л.О.Бунина, С.Н. Зеленецкий, В.П. Волков, Н.Ю.' Артемьева. Твердофазная модификация полиолефинов и получение композитов.//Высокомолек. соед. А, 1994, Т36, №4, С.608.

51. С.Н. Зеленецкий, В.П. Волков, М.Д. Сизова, И.Л. Дубникова, H.A. Егорова Механохимическая модификания полиолефинов в твердом состоянии.// Высокомолек. соед. А, 1999, Т.41, №5, С.798

52. С.Н. Зеленецкий, Л.О. Бунина, В.П. Волков, E.H. Оболонкова. Исследование характера деформирования и разрушения частиц полпропилена при его механохимической модификации в твердом состоянии.// Высокомолек. соед. А, 2001, Т.43, №5, С.852

53. Rowell'L.W. Paper and composites from agro-based resources. Roca Raton; Liwispubl., 1997

54. Hight growth of natural'composites. Reinforced plastics, 2006, 6.

55. Сангалов Ю:А., Красулина H.A., Ильясова А.И. Получение и свойства древесно-полимерных композитов.// Пластмассы, 2001, №7, с.39-41

56. B.V. Kokta а.а. Использование древесной муки как наполнителя для полипропилена. Изучение механических свойств.// Polym. Plast. Technol. Eng., 1989, т.28, №3,c.247-259

57. G.S. Han, S. Saka, N. Shirashi Композиция полипропилена и древсных волокон. Изучние морфологии композитов методом проникающей электронной микроскопии, совмещенной с анализом рассеивания энергии Х-лучей// Mokuzai Gakkashi-., 1991, т.37, №3, с:241-246.

58. Липатов Ю.С. Межфазные явления в полимерах. Киев: Наукова думка, 1980. - С. 260.

59. Козлов И.В:, Папков С.П. Физико-химические основы пласикации полимеров. М.: Химия, 1982. - 224с.

60. Иванюков Д.В., Фридман М.Л. Полипропилен (свойства и применение). М.: Химия. 1974. - 272 с.

61. Steiner, P.R. and С. Dai. 1994. "Spatial structure of wood composites in relation to processing and performance characteristics. Part 1. Rationale for model development." Wood science and Technology. Vol.28, No.l, pp. 45-51

62. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.-Л.: Химия, 1968, 241 с.

63. Колосов А.Е., Хозин В.Г., Каримов A.A. Виброаккустический эффект при- ультразвуковой пропитке волокнистых композитов;// Механика композиционных материалов 1988. - №4. - с.743-746.

64. Прохоренко П.П., Дежкунов Н.В., Коновалов Г.Е. Ультразвуковой капиллярный эффект. Минск, «Наука и техника», 1981, 135с.

65. Китайгородский Ю:И., Дрожалова В.И. Ультразвуковая технология, М:: 1974, 150с.

66. Расчет высоты и скорости подъема жидкости по капиллярам при воздействии ультразвуковых колебаний. «Науч. труды Моск. ин-та стали и сплавов.», 1977, №90, с. 12

67. Ванчиков В.Ц. Электрическая изоляция обмоток тяговых двигателей локомотивов. Вестник ВНИИЖТ, 2006, №2, с. 9-12

68. Кичин И.Н. Экспериментальное исследование методов регулирования малых расходов рабочей жидкости. Борьба с облитерацией в гидроавтомати-ке./Канд. дис. Институт гидроватоматики и телемеханики АН СССР, 1957.

69. Дрожалова В.И., Артамонов Б.А. Ультразвуковая пропитка деталей. М:: Машиностроение, 1980: 40с.

70. Родионов Р.Б. Инновационные технологии пропитки строительных материалов и их экономическая оценка. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2006, №11, с. 13-17

71. Лайдабон Ч.С. Поверхностная модификация бетонов высоковязкими составами. Автороеф. докт. дисс., 2005, 42с.

72. Маргулис М.А. Основы звукохимии, М.: Химия, 1984;

73. Mason T. Y., Lorimer Ph. J., Sonochemistty: theory, application and uses of ultrasound in chemistry,N. Y., 1988;

74. Winandy, Jerrold E., Kamke, Frederick A. Fundamentals of composite processing. Proceedings of a worckshop; November 5-6, 2003; Madison, WI. Gen.Tech.Rep. FPL-GTR-149.: U.S. Department of Agriculture. 118p.

75. Экструдер для переработки древесно-полимерных композитов. / Ишков А.В., Панов Ю.Т.// Заявка на патент № 2011104579 от 09.02.11

76. Гершгал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая техническая аппаратура. М.¡Энергия. 1976. 320с.

77. Маринкович С.С. Профильные изделия из вспененных материалов с улучшенными свойствами. -Дисс. канд. техн. наук. — М., 1985 .213 с.

78. Фридман М.Л. Регулирование реологических свойств термопластов и композиций на их основе с целью интенсификации процессов формования. -Дисс. докт. техн. наук. -М., 1981 . 297 с.

79. А.с. 540078 (СССР). Ультразвуковое устройство для обработки полимерного материала./ Г.А. Кардашев, В.С.-Х. Ким, А.В. Салосин и др.- Опубл. в Б.И., 1977, №48.

80. Тукачинский А.И., Пешковский C.JL, Бризицкий В.И. Воздействие ультразвука на расплав полимеров. В кн.: Реология в переработке полимеров. -М.: НПО Пластик, 1980, с. 142-152.

81. Ultrasonic Device Optimizes^ Extrusion Process. Plastics Technology, 1978, vol. 24, №2, p. 25-27.

82. Распространение низкочастотных колебаний большой амплитуды в потоке расплавов полимеров / Н.И.Басов и др. Механика полимеров, 1976, №3, с.493-500.

83. Каспаров С.Г., Акутин М.С., Петров С.С. Влияние вибрационного воздействия на структуру и свойства фенопластов. — Пласт.массы, 1979, №2, с.38-39.

84. Ломов A.A., Гончаров Г.М., Бекин Н.Г. Повышение качества каландрированных листов путем применения низкочастотной вибрации. Каучук и резина, 1980, №7, с. 34-35.

85. A.c. 423670 (СССР) Вибрационное сопло к литьевой машине для полимерных материалов. / Н.И. Басов и др. Опубл. в Б.И., 1974, №14.

86. О.Ф. Киселева, A.A. Панов, К.С. Минскер, А.К. Панов Степень разбухания полимерных материалов, экструдируемых через каналы сложной формы, в условиях воздействия ультразвуковых колебаний. // Известия вузов. Химия ^химическая технология. 2006. - Т.49, №2.

87. Файтельсон JI.A., Ципин М.Г., Приедитис Д.Б. Периодическое деформирование расплава полиэтилена в трубной головке экструдера. -Пласт.массы, 1970, №9, с.38-41

88. Рудницкий В.П., Тимергалеев Р.Г., Орлов М.В. Исследования влияния вибрации оформляющей части головки экструдера на разбухание экструдата. — В кн.: Реология переработки полимеров. — Казань, 1974, №5, с.48-49.

89. Влияние ультразвуковых колебаний на реологические свойства СКЭБ. / Я.М. Билайлов, Т.И. Исмайлов, A.B. Иваов и др Каучук и резина, 1976, №5, с.33-34

90. Иванов А.В. Исследование течения полимеров в формующих каналах при наложении ультразвковых колебаний. Дис. канд.техн. наук. -Москва, 1980;-225 с.

91. Бриедис И.П. Высокочастотное периодическое деформирование вязкоупругих полимеров вязкоупругих полимеров. — Механика полимеров, 1973, №4, с.722-728.

92. Виброэкструзионное формование полимерных материалов. / Н.И. Басов и др. Пласт.массы, 1975, №2, с. 19-23

93. U.S. Pat. №5 767 178 (June 16; 1998). W.R. Kolker and Bach. Water and fire resistant materials and methods for making the same.

94. U.S. Pat. №6 702 969 (March 9, 2004). L.M. Matuana and J.A. King. Method of making wood-based composite board.

95. U.S. Pat. №6 270 883 (January 27, 2001). K.D. Sears, R.E. Jacobson, D.F. Caulfield, and J. Underwood Composites containing cellulosic pulp fibers and methods of making and using the same.

96. U.S. Pat. №6 255 368 (July 3, 2001). B.W. English and K.P. Gohr. Plastic wood-fiber pellets.

97. U.S: Pat. №6 632 832 (October 14, 2003). H;L. Hutchison and J.R. Brandt Cellulose/polyolefin composite pellet.

98. O. Noel and R. Clark. Recent advances in the use. of talc in wood-plastic composites. In : The Global Outdor for Natural Fiber & Wood Composites, Intertech, Portland, ME, New Orleans, ЬA, December 8-10, 2004

99. O. Noel and R. Clark. Recent advances in talc-reinforced wood-plastic composites. In : Intertech's 4th Conference of natural fiber & Wood Composites, Intertech, Portland, ME, Orlando, FL, 2005

100. U.S. Pat. №4 687 793 (8.18.1987). T. Motegi, K. Aoki and K. Kimura Thermoplastic resins containing gloxal heat treated cellulosic fillers.

101. U.S. Pat. №4 783 493 (11.8.1988). ). T. Motegi, K. Aoki and K. Kimura Thermoplastic resins with cellulosic fillers.

102. U.S. Pat. №6 590 014 (7.8.2003). P. Ruede. Non-staining polymer product.

103. M.W.Chastagner, M.P. Wolcott and K.R. Englund. Characterizing the Rheological Properties of Wood-Plastic Composite formulations. Wood Materials and eingineering laboratory, Washington State University, 2005.

104. S. Kharchenko, K.B. Migler, and S. Hatzikiriakos. Conventional polymer processing additives. Polymer processing Instabilities -Control and Understanding, New York, 2005

105. L.M. Sherman. Plastics Technology, July 2005, p.58