Badania reologiczne kompozytów poliolefinowych o wysokim stopniu napełnienia z uwzględnieniem charakterystyk p-v-T

• Autorzy: Jakubowska P. , Sterzyński T. , Samujło B.

Warianty tytułu

EN

Rheological studies of highly-filled polyolefinic composites taking into consideration p-v-T characteristics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W części wstępnej publikacji podano obszerną ogólną charakterystykę napełniaczy oraz omówiono możliwości ich modyfikacji i jej wpływ na właściwości uzyskiwanych z nich kompozytów. Przedstawiono wyniki własnych pomiarów reologicznych wysokonapełnionych (48-64% mas.) kompozytów poliolefinowych, w których napełnienie stanowił węglan wapnia wprowadzany w postaci koncentratu i-PP/CaCO3 do osnowy, którą był PE-HD (tabela 1). Zastosowano przy tym tradycyjne urządzenia pomiarowe, mianowicie reometr obrotowy typu stożek/płytka (por. tabela 3), plastometr obciążnikowy o zmiennym obciążeniu tłoka, oraz dwuotworowy reometr kapilarny. Przebiegi uzyskiwanych za ich pomocą krzywych lepkości kompozytów (metody typu off-line) porównywano z odpowiednimi przebiegami krzywych lepkości otrzymanymi na drodze pomiarów prowadzonych bezpośrednio w linii wytłaczarskiej (metoda typu in line, reometr wytłaczarkowy z głowicą pomiarową o wymiennych dyszach, rys. 3-9). Badania dotyczyły trzech rodzajów materiału: mieszanin PE-HD z i-PP (tabela 2, grupa R), kompozytu zawierającego koncentrat handlowy (tabela 2, grupa H) oraz kompozytu zawierającego koncentrat własny wytworzony w warunkach laboratoryjnych (tabela 2, grupa M). Zaobserwowano zjawisko tzw. rozrzedzania ścinaniem, czyli zmniejszania się lepkości kompozytów ze wzrastającą szybkością ścinania, jak również spadek tej lepkości ze wzrostem zawartości napełniacza. Ta druga zależność jest zauważalna zwłaszcza w obszarze niewielkich szybkości ścinania, a niemal zanika w warunkach dużych szybkości ścinania. Porównanie krzywych lepkości otrzymanych metodami off-line i in-line wykazało istnienie analogicznych w obydwu przypadkach zależności, pozwoliło jednak na wykazanie znaczenia uwzględnienia zmian gęstości badanych materiałów w toku pomiarów, a także wskazało na istotne znaczenie efektu poślizgu wywołanego przede wszystkim przez substancje modyfikujące napełniacz (tu kwas stearynowy i woski). Poślizg ten bezpośrednio wpływa na właściwości reologiczne kompozytów o wysokim stopniu napełnienia modyfikowanym węglanem wapnia.

EN

A general characteristic of fillers, the various modification possibilities and the consequences of their modification on the properties of composites prepared with their participation was initially presented. The results of rheological studies of highly-filled (48-64 wt. %) polyolefin composites, in which calcium carbonate in the form of i-PP/CaCO3 was used as filler for PE-HD, have been presented (Table 1). Common analysis instruments - rotational cone/plate rheometer, extrusion plastometer of varying piston load and a twin-barrel capillary rheometer were used for rheological measurements. The viscosity curves (off-line method) of the composites were compared to those obtained directly during extrusion (in-line) in an extrusion rheometer, equipped with an rheological head with removable nozzles (Figs. 3-9). The studies were carried out on three types of composites comprising mixtures of PE-HD with i-PP, commercial concentrates and concentrates produced under laboratory conditions, depicted as R, H and M groups, respectively. The shear thinning phenomenon which can be described as an observed decrease in the viscosity of the composites caused by an increase in the shear rate and also in the filler content. The latter was observed especially in the low shear rate region and barely noticeable under high shear rate conditions. A comparison of the viscosity curves obtained for the studied materials in the off-line and in-line methods reveals a similar dependence in both cases. This clearly emphasizes the importance of taking into consideration the changes in density as well as the slippage effect caused basically by the modifying filler (in this case stearic acid and waxes) occurring during analysis. This slippage directly influences the rheological properties of components with a high filling degree of modified calcium carbonate.

Słowa kluczowe

PL

poliolefiny; węglan wapnia; kompozyty; modyfikacja napełniacza; właściwości reologiczne; zjawisko poślizgu

EN

polyolefins; calcium carbonate; composites; filler modification; rheological properties; slippage phenomenon

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 55, nr 5
• Strony: 379--389
• Opis fizyczny: Bibliogr. 47 poz., wykr.

Twórcy

autor

Jakubowska P.

autor

Sterzyński T.

autor

Samujło B.

• Politechnika Poznańska, Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej, Zakład Polimerów, Pl. M. Skłodowskiej-Curie 2, 60-965 Poznań,

Bibliografia

• 1. Yang K., Yang O., Li G., Sun Y., Feng D.: Mater. Lett. 2006, 60, 805.
• 2. Gonzalez J., Albano C., Ichazo M., Hernandez M., Sciamanna R.: Polym. Degrad. Stabil. 2001, 73, 211.
• 3. Lazzeri A., Zebarjad S. M., Pracella M., Cavalier K., Rosa R.: Polymer 2005, 46, 827.
• 4. Silva A. L. N., Rocha M. C. G., Moraes M. A. R., Valente C. A. R., Coutinho F. M. B.: Polym. Test. 2002, 21, 57.
• 5. Rocha M. C. G., Silva A. H. M. F. T., Coutinho F. M. B., Silva A. L. N.: Polym. Test. 2005, 24, 1049.
• 6. Teixeira S. C. S., Moreira M. M., Lima A. P., Santos L. S., Rocha B. M., Lima E. S., Costa R. A. A. F., Silva A. L. N., Coutinho F. M. B.: Polym. Test. 2005, 24, 983.
• 7. Zuiderduin W. C. J., Westzaan C., Huetink J., Gaymans R. J.: Polymer 2003, 44, 261.
• 8. Thio Y. S., Argon A. S., Cohen R. E., Weinberg M.: Polymer 2002, 43, 3661.
• 9. Weon J. I., Gam K. T., Boo W. J., Sue H. J., Chan C. M.: J. Appl. Polym. Sci. 2006, 99, 3070.
• 10. Zebarjad S. M., Sajjadi S. A., Tahani M.: J. Mater. Process. Tech. 2006, 175, 446.
• 11. Gachter R., Muller H.: “Plastics Additives Handbook”, Hanser Publishers, New York 1987.
• 12. Gonzalez J., Albano C., Ichazo M., Diaz B.: Eur. Polym. J. 2002, 38, 2465.
• 13. Osman M. A., Atallah A., Suter U. W.: Polymer 2004, 45, 1177.
• 14. “Calcium carbonate in blown HDPE film”, http://omya.com, 2004.
• 15. Fu Q., Wang G., Liu Ch.: Polymer 1995, 36, 12.
• 16. Kwon S., Kim K. J., Kim H., Kundu P. P., Kim T. J., Lee Y. K., Lee B. H., Choe S.: Polymer 2002, 43, 6901.
• 17. Liu Z. H., Zhu G., Li Q., Qi Z. N., Wang. F. S.: Polymer 1998, 39, 10.
• 18. “Mineral additives for the plastics industry”, http://omya.com, 2004.
• 19. Huang H. J.: J. Appl. Polym. Sci. 1999, 74, 1459.
• 20. Renger C. J., Burrows S. J., Shanks R. H.: J. Appl. Polym. Sci. 2001, 82, 3091.
• 21. Haworth B., Jumpa S., Miller N. A.: Polym. Test. 2000, 19, 459.
• 22. Stabik J.: „Wybrane problemy reologii uplastycznionych polimerów napełnionych”, Politechnika Śląska, Zeszyty Naukowe 2004, Mechanika, z. 143, nr 1616.
• 23. Sylvia C. S. i in.: J. Appl. Polym. Sci. 2006, 101, 2559.
• 24. Lazzeri A., Zebarjad S. M., Pracella M., Cavalier K., Rosa R.: Polymer 2005, 46, 827.
• 25. Nowaczyk G., Głowinkowski S., Jurga S.: Solid State Nucl. Mag. 2004, 25, 194.
• 26. Supaphol P., Harnsiri W.: J. Appl. Polym. Sci. 2006, 100, 4515.
• 27. Kim K., White J. L., Shim S., Choe S.: J. Appl. Polym. Sci. 2004, 93, 2105.
• 28. Upadhyay R. D., Kale D. D.: J. Polym. Res. 2001, 8, 175.
• 29. Silva A. L. N., Rocha M. C. G., Moraes M. A. R., Valente C. A. R., Coutinho F. M. B.: Polym. Test. 2002, 21, 57.
• 30. Wang Y., Ming-Jia W.: Polym. Composite 2000, 21, 1.
• 31. Wang Y.: Polym. Eng. Sci. 1999, 39, 190.
• 32. Zhang J., Ding Q., Zhou N., Li L., Ma Z., Shen J.: J. Appl. Polym. Sci. 2006, 101, 2437.
• 33. Hyun K. i in.: J. Non-Newton. Fluid 2002, 107, 51.
• 34. Leong Y. W., Abu Bakar M. B., Ishak Z. A. M., Ariffin A.: J. Appl. Polym. Sci. 2005, 98, 413.
• 35. Domka L., Wąsicki A., Kozak M.: Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii 2003, 37, 141.
• 36. Kloziński A., Sterzyński T.: Polimery 2005, 50, 455.
• 37. Kloziński A., Sterzyński T., Samujło B.: Polimery 2009, 54, 57.
• 38. Ostwald W.: Koloid-Z 1925, 36, 99.
• 39. De Waele A.: J. Oil Colour 1924, 6, 33.
• 40. Wilczyński K.: „Reologia w przetwórstwie tworzyw sztucznych”, WNT, Warszawa 2001.
• 41. Teixeira S. C. S., Moreira M. M., Lima A. P., Santos L. S., Rocha B. M., Lima E. S., Costa R. A. A. F., Silva A. L. N., Rocha M. C. G., Coutinho F. M. B.: J. Appl. Polym. Sci. 2006, 101, 2559.
• 42. Ferguson J., Kembłowski Z.: „Reologia stosowana płynów”, Wyd. Marcus, Łódź 1995, str. 53-74.
• 43. Kembłowski Z.: „Reometria płynów nienewtonowskich”, WNT, Warszawa 1973, str. 73-100.
• 44. Sikora R.: „Podstawy przetwórstwa tworzyw polimerowych”, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Lubelskiej, Lublin 1992, str. 189-236.
• 45. Szlezyngier W.: „Podstawy reologii polimerów”, Politechnika Rzeszowska 1994.
• 46. Kloziński A., Sterzyński T.: Polimery 2007, 52, 585.
• 47. Jakubowska P., Sterzyński T., Samujło B.: „Badania reologiczne wysokonapełnionych kompozytów poliolefin z uwzględnieniem charakterystyk pvT”, Teka Kom. Bud. Ekspl. Masz. Elektrotech. Bud. - OL PAN, 2008, 37-40.