Анотація до роботи:

Земке В.М. Розроблення технологічних композицій на основі надвисокомолекулярного поліетилену. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.06 – технологія полімерних і композиційних матеріалів. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2003.

Дисертація присвячена розробленню технологічних сумішей з надвисокомолекулярним поліетиленом (НВМПЕ), які були б придатні до переробки доступними методами і могли б використовуватись в різних галузях промисловості для виготовлення конструкційних виробів методом лиття і екструзії. Для вирішення цієї задачі в роботі встановлено основні закономірності зміни реологічних властивостей розплаву сумішей НВМПЕ з полімерами гомологами та іншими доданками від складу та умов змішування. Досліджено структурно морфологічні зміни при змішуванні НВМПЕ з іншими полімерами та доданками і вплив складу композиції на основні технологічні та фізико – механічні властивості наповненого і ненаповненого матеріалу на основі оптимальної суміші з технологічними відходами НВМПЕ. Встановлено оптимальні умови переробки литтям під тиском та екструзією отриманих сумішей на основі технологічних відходів.

На основі одержаних результатів обґрунтуванні основні стадій технологічного процесу змішування та переробки розроблених композицій у вироби.

1. Встановлені технологічні умови та розроблений спосіб одержання і склад технологічно однорідної суміші НВМПЕ з полімерними – гомологами (ПЕНГ, ПЕВГ, ПП). Встановлений вплив природи та складу досліджуваних сумішей на реологічні та фізико – механічні властивості і визначені оптимальні склади найбільш технологічно однорідних сумішей з задовільною текучістю, здатністю до переробки і хорошими фізико – механічними властивостями на рівні властивостей НВМПЕ.

1. Встановлена залежність зміни текучості сумішей надвисокомолекулярного поліетилену від вмісту доданків – промислових поліолефінів: поліетилену низької густини (ПТР = 1,97 г/10хв), поліетилену високої густини (ПТР = 6,4 г/10хв) і поліпропілену (ПТР = 12,52 г/10хв). Виявлено аномальну поведінку сумішей, в тому числі й таких близьких за будовою, як високомолекулярний поліетилен і поліетилен високої густини. Встановлено, що підбиранням відповідних доданків і регулюванням їх вмісту та умов змішування можна досягнути потрібної технологічності сумішей, за показником текучості в межах від 0,4 до 5 г/10хв (вміст компоненту 75 – 90 % мас.).

2. Досліджено вплив доданків ПЕНГ, ПЕВГ і ПП та умов змішування з НВМПЕ на основні властивості їх сумішей і підтверджено, що короткотривале змішування в умовах відсутності зсувних напружень викликає відчутне зменшення міцності композитів, та суттєво впливає на реологічну поведінку сумішей. Виведена математична залежність впливу об’ємної витрати на реологічні параметри сумішей, та визначено значення входового ефекту (входової поправки n_в) для полімерних сумішей на основі НВМПЕ з ПЕНГ рівна – 4.5, з ПЕВГ – 2.5, з ПП – 0,9.

3. Рентгенографічними та дилатометричними дослідженнями встановлені зміни надмолекулярної структури у сумішах залежно від їх складу і показано, що змішування НВМПЕ з ПП призводить до збільшення кристалічності суміші, при чому можливий поділ фаз цих сумішей, у той час як змішування з ПЕВГ і ПЕНГ не призводить до суттєвих змін структури при деякому зменшені ступеня кристалічності (S_k).

Вивчено вплив сорбції низькомолекулярних рідин (гептан та бутанол) на структурну будову сумішей полімерів та їх схильність до взаємопроникнення. Результати свідчать про те, що молекулярні області ПЕВГ можуть знаходитися у прохідних областях матриці НВМПЕ. При цьому в кристалі ПЕВГ можуть знаходитись ланцюги НВМПЕ. Утворені проміжні області є термодинамічно нестійкі і рекристалізують при термовідпалі.

4. На основі аналізу текучості, однорідності та фізико – механічних властивостей визначені оптимальні суміші, які поєднують хороші міцносні властивості та деформативність, а саме – композиція НВМПЕ:ПЕВГ (20/80) (s_пл = 19 МПа, e_р = 176 %), а також потрійна суміш НВМПЕ:ПЕНГ:ПП (50/50/5), яка має границю міцності при розриві s_пл = 18 МПа та максимальне видовження e_р=120 %, а композиція НВМПЕ:ПЕНГ (20/80) може бути використана після термовідпалу при 120 ^оС. Натомість композиція складу НВМПЕ:ПП має найвищу текучість і міцність (максимальне напруження при розтягу складає 31,2 МПа), але, при цьому, відзначається низькою деформативність – максимальне видовження складає 13 %.

5. Розроблений процес наповнення подвійних та потрійних сумішей на основі НВМПЕ мінеральним наповнювачем. Задовільними властивостями характеризується композиція складу - НВМПЕ:ПЕВГ:К.К. (80/20/20), яка при достатній текучості (ПТР=1,2 г/10хв) та границі пластичності (s_пл = 17,5 МПа) має високу деформативність – видовження при розриванні складає 210 % та потрійна композиція НВМПЕ:ПЕВГ:ПП:К.К. (19:76:5:20), що характеризується задовільними значеннями пластичності (s_пл = 30,4 МПа) та деформативності (e_р = 160 %). Введення 20 % карбонату кальцію покращує здатність до фарбування її із збереженням необхідних властивостей. З вище згаданих сумішей методом плоскощілинної екструзії одержали плівку (Т₁=120 ^оС, Т₂=150 ^оС, Т₃=190 ^оС, Т_г=190 ^оС), що характеризуються задовільними фізико – механічними властивостями та без зовнішніх ознак дефектності.

6. Досліджено композиції НВМПЕ з полімерами іншої будови та низькомолекулярними доданками, такими як, полівінілхлорид, кополімер етилену з пропіленом, блок кополімери (надвисокомолекулярний поліетилен – поліпропілен), поліетилентерефталат. Показано, що введення цих доданків у композицію з НВМПЕ не призводить до суттєвих змін реологічних властивостей вихідного полімеру, обумовлюючи погіршення його фізико – механічних властивостей.

8. Розроблена технологічна схема та операційна карта одержання полімерних сумішей. Встановлено оптимальні умови змішування у шнековому пластикаторі литтєвої машини: час змішування 1,5 – 2 хв., температура 200 – 220 ^оС при швидкості обертання шнеку 50 – 120 об/хв. Встановлені технологічні режими переробки композицій для режиму лиття під тиском та екструзії. Проведені випробування експериментальних сумішей на основі НВМПЕ на Львівському заводі “Електропобутприлад” ТзОВ “Ельво - Маркет” та ЗАТ “Лукор” і підтверджена їх придатність до переробки методами лиття під тиском та екструзією при формуванні електроізоляційних виробів та тонких плівок.

Основний зміст дисертації викладено в таких працях:

1. Курило М.С., Земке В.М., Суберляк О.В. Аномалія текучості і властивості сумішей полімерів з надвисокомолекулярним поліетиленом / Вісник ДУЛП “Хімія, технологія речовин та їх застосування”. – 1999. – № 361. – С.111-114.

Особистий внесок полягає в проведенні пошукових досліджень з встановлення залежності текучості сумішей надвисокомолекулярного поліетилену від вмісту доданків промислових поліолефінів.

2. Курило М.С., Земке В.М., Суберляк О.В. Композити на основі надвисокомолекулярного поліетилену / Вісник Державної Академії Легкої промисловості “Хімія та хімічні технології”. – 1999. – № 1. – С.165-168.

Особистий внесок полягає в дослідженні фізико-механічних властивостей сумішей на основі НВМПЕ.

3. Курило М.С., Земке В.М., Мельник В.М., Суберляк О.В. Вплив дисперсного мінерального наповнювача на суміш НВМПЕ:ПЕВГ / Вісник ДУЛП “Хімія, технологія речовин та їх застосування”. –2000. –№ 395.–С.68-71.

Внесок дисертанта полягає у вивчені реологічних і технологічних властивостей сумішей надвисокомолекулярного поліетилену з звичайним поліетиленом високої густини та деякими низькомолекулярними доданками та можливість їх наповнення дисперсним наповнювачем.

4. Курило М.С., Земке В.М., Суберляк О.В. Роль міжфазних областей в полімерних сумішах з НВМПЕ / Вісник НУЛП “Хімія, технологія речовин та їх застосування”. –2000. – № 414. – С.73-76.

Особистий внесок полягає у дослідженні сорбційної здатності сумішей НВМПЕ з ПЕВГ деформованих до різних ступенів розтягу в адсорбційно - активному середовищі.

5. Курило М.С., Земке В.М. Суберляк О.В. Адсорбційні і механічні властивості сумішей на основі кристалічних полімерів / Вісник НУЛП “Хімія, технологія речовин та їх застосування”. – 2001. – № 426. – С.71-74.

Особистий внесок автора полягає у вивчені кінетики сорбції низькомолекулярних речовин полімерними композиціями та визначення фізико-механічних властивостей цих композицій, а також прогнозуванні моделі структуроутворення, що пов’язують з розвитком міжфазної границі.

6. Земке В.М. Залежність експлуатаційних властивостей сумішей на основі НВМПЕ від умов формування / Вісник НУЛП “Хімія, технологія речовин та їх застосування”.-2002. – № 461. – С.82-84.

7. Курило М.С., Земке В.М., Суберляк О.В. Аномально великі відхилення від адитивності в залежностях склад – властивості в сумішах на основі надвисокомолекулярного поліетилену / Вісник НУЛП “Хімія, технологія речовин та їх застосування”. – 2002. – № 447. – С.74-78.

Особистий внесок полягає в проведенні досліджень на суміщення надвисокомолекулярного поліетилену з іншими промисловими поліолефінами та вивчення реологічної поведінки цих композицій.

8. Земке В.М., Курило М.С., Суберляк О.В. Дослідження впливу мінерального наповнювача на суміш НВМПЕ:ПЕВГ / Композиційні полімерні матеріали. – 2002. – № 2, т. ХХІV. – С. 123-126.

Особистий внесок полягає у вивчені впливу ступеня наповнення на фізико – механічні та структурні зміни карбонату кальцію в сумішах на основі НВМПЕ.

9. Курило М.С., Земке В.М., Суберляк О.В. Роль трибологічних і реологічних властивостей на енергоспоживання в процесах переробки надвисокомолекулярного поліетилену // Х Міжнарод. науково – технічна конф. “Вдосконалення процесів та апаратів хімічних та харчових виробництв”. – Львів. – 1999. – С.114-115.

Особистий внесок полягає у вивчені впливу трибологічних та реологічних властивостей на енергозабезпечення, а також програмне моделювання цих процесів.

10. O.Suberlyak, M. Kurylo, V. Zemke, W. Melnyk. The improvement of high molecular weight polyethylene processibility // “Materiay polimerowe i ich przetwrstwo”. – Czstochow (Polsha). – 2000. – P.65-68.

Особистий внесок полягає в експериментальному визначенні оптимальної суміші на основі лінійного надвисокомолекулярного поліетилену.

11. Курило М.С., Земке В.М., Суберляк О.В. Вплив мінерального наповнювача на властивості сумішей надвисокомолекулярного поліетилену і поліетилену високої густини // IX Українська конференція з ВМС. – Київ. – 2000. – С.211.

Особистий внесок полягає в дослідженні наповнених полімерних сумішей та вивчення взаємозв’язку між полімерною матрицею та наповнювачем.

12. Мельник В.М., Земке В.М. Покращення технологічності надвисокомолекулярного поліетилену // I Всеукраїнська конференція студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії”. – Київ. – 2000. – С.30.

Особистий внесок полягає в аналізі досліджуваних, шляхом модифікації іншими полімерними доданками, сумішей кристалічних полімерів.

13. Курыло М.С., Земке В.М., Суберляк О.В. Взаимосвязь трибологических и реологических свойств при переработке сверхвысокомолекулярного полиэтилена / “Stanje i perspektive istraivanja i razvoja u hemijskoj i mainskoj industriji”. – t.2: Hemija, tehnolocija, obrazovanje. – Kruevac (Yugoslavia). – 2001.– P. 98-106.

Особистий внесок дисертанта полягає у вивчені впливу коефіцієнту тертя матеріалу та в’язкості розплаву на енергетичні витрати при литті під тиском та екструзії, а також аналізі теплового балансу.

14. Курило М.С., Земке В.М. Суберляк О.В. Трійні полімерні суміші – нові можливості // ХХІ Міжнародна конференція “Композиционные материалы в промышленности” (Славполиком). – Ялта. – 2001. – С.63-64.

Особистий внесок полягає в дослідженні потрійних полімерних сумішей та встановлення оптимально складу композиції з покращеними фізико-механічними властивостями.

15. Курило М., Земке В., Суберляк О. Зменшення енергоспоживання при переробленні надвисокомолекулярного поліетилену регулюванням трибологічних і реологічних властивостей // 5 Міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові. – Львів. – 2001.– С.125-126.

Особистий внесок полягає в розробці енергетичного балансу процесу переробки кристалічних полімерів з врахуванням можливість економії енерговитрат та зменшення кінцевої вартості продукту.

16. Земке В.М. Дослідження впливу активного середовища на властивості сумішей кристалічних полімерів // III Всеукраїнська конференція студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії”. – Київ. – 2002. – С.49-50.

17. M. Kurylo, W. Zemke, O. Suberlyk. Badania i analiza fenomenologiczna mieszanin polietylenu liniowego o duej masie czcteczkowej // “Postp w przetwrstwie materiaw polimerowych”. – Czstochow (Poland). – 2002. – P.70-75.

Особистий внесок полягає у проведені феноменологічного аналізу властивостей полімерних композицій в залежності від вмісту, кількості компоненту та умов одержання.

18. Земке В.М. Фізико – механічні властивості композицій на основі надвисокомолекулярного поліетилену / V Українська конференція молодих вчених з високомолекулярних сполук. – Київ. – 2003. – С.61.

19. Суберляк О.В., Земке В.М., Проник О.Д. Перероблювані композиції на основі надвисокомолекулярного поліетилену – промислового продукту АО “Лукор” // ХХІІІ Міжнародна наукова конференція “Композиционные материалы в промышленности” (Славполиком). – Ялта. – 2003 . – С. 107-109.

Особистий внесок полягає у вивчені можливості переробки НВМПЕ з критично малою текучістю у вихідному стані в суміші з іншими термопластами методами лиття під тиском та екструзією.