Исследование структуры и физико-механических свойств композиций на основе полиэтилена и пространственно сшитого полистирола

Получение композиций на основе ПЭ, используемого в качестве пленкообразующего термопласта, и ПС, сшитого дивинилбензолом (ДБВ), состоит из двух стадий. Первая стадия — получение полимерной системы ПЭ — сшитый ПС осуществляласьреакцией сополимеризации стирола с ДВЕ в гранулах ПЭНП в суспензионной средеводного раствора крахмала. Введение мономеров ц инициатора в гранулы осуществлялось набуханием гранул в смеси стирола и ДВБ с растворенным в мономерахинициатором полимеризации — перекисью бензола.

Вторая стадия — переработка экструзионно-каландровым методом по одному издвух способов.

Способ I - экструзия на экструдере с плоскощелевой головкой с приемом ленты между двумя приемными валками каландра с регулируемым обогревом. Температура по зонам экструдера составляла 150—230°.

Способ II — экструзионная гомогенизация (дополнительное смешение) в червячно-осциллирующем смесителе и далее переработка по способу I при температуре приемных валков каландра Т_к =130°.

Условия каландрования приведены в таблице.

По данным экстракции в н-гептане и результатам исследования методом парамагнитного спинового зонда было установлено, что ПЭ в композиции находится как в свободном состоянии, так и частично в иммобилизованном в сетке ПС, структурированного ДВБ [1]. Содержание сшитого ПС составляет 25 вес.%.

Механические и релаксационные свойства композиций изучали на испытательной машине «Инетрон». Деформационно-прочностные свойства определяли при растяжении со скоростью 100 мм/мин, релаксацию напряжения исследовали в неизотермическом режиме при скорости подъема температуры 1 град/мин и постоянной деформации 0,4%.

Изучение структуры проводили рентгенографическим методом с фотографической регистрацией в камере РКВ и с ионизационной регистрацией на приборе ДРОН-1. Ориентация кристаллитов ПЭ как в исходной пленке ПЭ, так и в композициях на основе ПЭ изучена качественно по текстуррентгенограммам и количественно по углу дезориентации <р кристаллитов. Последний параметр получен из полуширины кривой азимутального распределения интенсивности рефлекса (110).

Для исследования состава поверхностного слоя композиций использовалось два метода: метод МНПВО ИК-спектроскопии [2] и сорбционного набухания.

В качестве аналитических полос при исследовании композиции методом МНПВО были использованы полоса 720 см^-1 , соответствующая маятниковым деформационным колебаниям СН-связей в ПЭ (как в кристаллической, так и в аморфной части), и полоса 695 см^-1 , характерная для неплоских деформационных колебаний С—Н-связей пяти незамещенных независимых атомов водорода, расположенных по соседству в кольце ПС [3].

Для количественной оценки содержания макромолекул ПЭ СПЭ и ПС СПС были получены спектры пропускания ПЭ и ПС той же марки и рассчитаны кажущиеся коэффициенты экстинкции (концентрацию соответствующих связей принимали за 100%) и их соотношение, которое в максимуме полос поглощения 690 см^-1 /720 см^-1 равно 9,6. Зная это отношение, определяли процентное содержание ПЭ и сшитого ПС в поверхностном слое.

Исследования проводили на приборе «Specord Ш-75». Для измерения использовали приставку с двумя плоскопараллельными зеркалами и кристаллы из КРС-5 (9=60°).

В сорбционных измерениях в качестве сорбата использовали этилацетат, являющийся растворителем ПС. ПЭ в этом растворителе при комнатной температуре набухает незначительно (<2 вес.% в течение 20 ч).

Из кинетических кривых набухания были определены M_t (набухание за время t) и Ма,(равновесное набухание) и определено соотношение M_t jM.Построение графиков зависимости MtJMот itпозволило установить применимость для расчета коэффициента диффузии уравнения Фика при соотношении М/Л/=0=50,6. При этом уравнение диффузии упрощается и принимает вид

где t— время, D— коэффициент диффузии, / — толщина пленки.

На рис. 1 представлены кривые растяжения исследуемых композиций.

Кривые напряжение а — деформация е композиций К-3, К-2, К-1 аналогичны друг другу, имеют предел текучести.

Абсолютные значения относительного удлинения при разрыве е_р вдоль оси вытяжки у композиций К-2 и К-3 несколько ниже, чем у К-1. Прочность при разрыве у композиции К-3 выше, чем у К-2, что, по-видимому, обусловлено более высокой степенью вытяжки на приемных валках каландра.

Характер кривой о — е для композиции К-4, полученной при Г_к =60° принципиально иной — на кривых отсутствует предел текучести. Значения е_р у К-4 более чем на порядок ниже е_Р композиций К-1, К-2, К-3. Прочность при разрыве в направлении вдоль оси вытяжки возрастает.

Характер деформационных кривых композиций К-1 (способ переработки I) и К-5 (способ переработки II), полученных при одной и той же 7^, =130°, одинаков. Однако е_р вдоль оси вытяжки у К-5 выше, чем у К-1. Деформационно-прочностные свойства композиций достаточно хорошо коррелируют с их структурой.

В таблице приведены результаты исследования структуры ПЭ и композиций рентгенографическим методом. Было установлено, что пленки ПЭ, К-1 и К-5 при приведенных выше условиях переработки получаются неориентированными; К-2 слабо ориентирована и характеризуется α-текстурой кристаллитов ПЭ с углом дезориентации ф=48°; К-3 более ориентирована. Она также характеризуется α-текстурой кристаллитов ПЭ.