Определение показателя текучести расплава (ПТР)

2.7. Определение показателя текучести расплава (ПТР)

 

Показатель текучести расплава определяют как массу полимера, проходящую через капилляр стандартных размеров при заданных температуре и давлении за 10 минут.

ПТР полимеров зависит от их влажности, с повышением содержания влаги ПТР возрастает.

Последовательно проводят два определения ПТР. Результаты испытания используют для расчёта ПТР, если расхождения по массе между срезанными образцами не превышает 5%.

Расчёт ПТР, г/10 мин., проводят по формуле:

ПТР (Т, F) = (m / t) ×t_c,

где Т – температура испытания, К;

F – нагрузка, Н;

t_c – стандартное время определения ПТР (600 с);

t – интервалы времени между двумя последовательными отсечениями отрезков, с;

m – средняя масса экструдированного образца за время t, г.

За результат испытаний принимают среднее арифметическое значение двух измерений. Скорость сдвига, напряжение и вязкость

 

2.8. Прочность при межслоевом сдвиге (ОСТ 190032-71)

Для испытания изготавливают образец размером 20´10´4. Устанавливают образец в форму для испытаний, устанавливают выбранную скорость сближения опорных площадок (5 мм/мин).

Машину приводят в действие и записывают значение нагрузок (кгс).

Прочность при межслоевом сдвиге рассчитывают по формуле:

d_сдв=F/S,

где F – нагрузка;

S - площадь образца.

За результаты измерений принимают среднее значение всех параллельных испытаний.

3. Результаты эксперимента и их обсуждение

 

В настоящее время известны несколько механизмов полимеризации поликапроамида (ПКА): гидролитическая, катионная и анионная.

Наибольшее распространение для синтеза поликапроамида получила гидролитическая полимеризация, которая является очень продолжительной. Поэтому с целью уменьшения продолжительности процесса синтеза представляет интерес осуществление полимеризации по катионному механизму (табл.4).

Таблица 4

Зависимость свойств ПКА от вида катализатора

Полимер	Продолжительность синтеза, ч	ηотн.	ηуд.	ηпр.	[η]	Мn	Кн
Стандартный*	28	2,48	1,48	2,96	-	22000 (n=195)	0,25
Синтезируемый в присутствии H2O	3	1,09	-	-	-	19200	-
Синтезируемый в присутствии H3PO4	3	2,23	1,23	1,24	0,72	14012	1,003

Как видно из табл.4 наиболее перспективным катализатором для синтеза ПКА является фосфорная кислота

Основным преимуществом полимеризации капролактама в присутствии фосфорной кислоты является протекание процесса при нормальном давлении в течение непродолжительного времени (3-4 часа). Наличие фосфорной кислоты, взаимодействующей с конечными аминогруппами макромолекул полиамида, стабилизирует молеку­лярный вес полиамида при последующем его плавлении.

Поэтому в работе синтез поликапроамида проводили в присутствии фосфорной кислоты в течение 3-6 часов.

Таблица 5

Зависимость вязкости растворов от продолжительности полимеризации

Продолжи-тельность полимеризации, ч.	Относительная вязкость	Удель-ная вязкость	Приведен-ная вязкость	Характеристи-ческая вязкость
1	2,78	1,78	1,78	-
2	2,17	1,17	1,17	0,18
3	2,23	1,23	1,24	0,72
4	2,07	1,07	1,07	0,58
5	2,10	1,10	1,23	0,53
6	1,72	0,72	0,72	0,55

Как следует из экспериментальных данных (табл.5) с увеличением продолжительности процесса синтеза ПКА относительная вязкость снижается, а характеристическая увеличивается, что приводит к увеличению молекулярной массы полимера (табл.6).

ПКА, полученный по механизму катионной полимеризации, характеризуется низкой молекулярной массой и повышенной константой Хаггинса, что свидетельствует о неполной полимеризации и возможном окислении полимера в присутствии кислорода воздуха.

Результаты исследования образцов ПКА, полученного при различной продолжительности процесса показывают, что при продолжительности синтеза 3 часа происходит более полное превращение мономера в полимер с получением ПКА с молекулярной массой ~ 14000.

Таблица 6

Зависимость молекулярной массы и константы Хагинса от продолжительности полимеризации

Продолжительность полимеризации,ч.	Содержание НМС,%	Молекулярная масса	Константа Хагинса
1	21,9	-	-
2	12,3	1769	14,390
3	7,9	14012	1,003
4	8,0	10145	1,337
5	12,4	8867	1,110
6	13,0	9374	0,959

 

Прочность при межслоевом сдвиге

Продолжительность синтеза, ч	1	2	3	4	5	6
ПТР	6,5	4,8	26,8	18,6	7,6	3,9
Вязкость
Прочность при межслоевом сдвиге, σсдв., МПа	16,3	14,1	17,1	9,7	14,3	14,6

Как следует из экспериментальных данных, образец, полученный гидролитической полимеризацией, характеризуется пониженной молекулярной массой и повышенной константой Хаггинса, что свидетельствует о неполной полимеризации и возможном окислении полимера в присутствии кислорода воздуха. В связи с этим рекомендуется провести синтез ПКА в среде инертного газа (азота или аргона) и увеличить продолжительность полимеризации.

Второй образец получали в присутствии фосфорной кислоты. Синтез проводили в течение трех часов. В присутствии небольших количеств этой кислоты капролактам полимеризуется достаточно быстро при нормальном давлении. Получена молекулярная масса 26734, которая приблизительно равна молекулярной массе стандартного поликапроамида. Константа Хаггинса больше стандартной, сто свидетельствует о сшивке ПКА в присутствии кислорода воздуха.

4. Выводы и практические рекомендации

 

1.  Проведен синтез ПКА с использованием в качестве катализатора воды и фосфорной кислоты.

2.  ПКА, полученный гидролитической полимеризацией, характеризуется пониженной молекулярной массой и повышенной константой Хаггинса, что свидетельствует о неполной полимеризации и возможном окислении полимера в присутствии кислорода воздуха.

3.  Использование в качестве полимеризации катализатора фосфорной кислоты позволяет снизить продолжительность процесса синтеза до 3 часов. При этом молекулярная масса синтезируемого ПКА равна 26734, что соответствует требованиям к полиамидам.

4.  Методом ИКС проведено исследование синтезированного ПКА. Установлено, что полученный полимер можно идентифицировать как полиамид-6.

5.  Установлена возможность полимеризационного наполнения ПКА ферритом стронция.

2. Технологическая часть

 

2.1. Характеристика сырья, материалов и готовой продукции

2.1.1.Характеристика исходного сырья

Сырьем для получения магнитопласта являются: -капролактам, вода, уксусная кислота, фосфорная кислота и сплав Nd-Fe-B.

Капролактам − ГОСТ 7850-86

Сплав Nd-Fe B – ТУ 14-123-97-92

Вода дистиллированная (H₂O) – ГОСТ 6709 – 72.

Уксусная кислота

CH₃COOH

·  Температура плавления, °С 16,6

·  Температура кипения, °С / мм рт. ст. 118,1

·  Плотность при 20 °С, г/см³  1,0492

·  Константа диссоциации в водных растворах при 25 °С  1,76·10^-5

Уксусная кислота растворяется в воде.

Фосфорная кислота

2.1.2. Характеристика готовой продукции

Готовым изделием являются кольцевые магниты с наружным диаметром 6 см, внутренним диаметром 5 см и высотой 5 мм.

Магнитопласт, получаемый на основе сплава Nd-Fe-B и полиамидного связующего имеет следующие основные характеристики:

Содержание полимера, % 15-20

Содержание НМС, % не более 2

Остаточная магнитная индукция, Тл не менее 0,3

Коэрцитивная сила, кА/м не менее 320-350

Прочность при межслоевом сдвиге, МПа не менее 5

Готовым изделием являются кольцевые магниты с наружным диаметром 6 см, внутренним диаметром 5 см и высотой 5 мм.

Магнитопласт, получаемый на основе сплава Nd-Fe-B и полиамидного связующего имеет следующие основные характеристики:

Содержание полимера, % 15-20

Содержание НМС, % не более 2

Остаточная магнитная индукция, Тл не менее 0,3

Коэрцитивная сила, кА/м не менее 320-350

Прочность при межслоевом сдвиге, МПа не менее 5