Rheology, extrudability and mechanical properties of ceramizable silicone composites

• Autorzy: Bieliński D. M. , Anyszka R. , Masłowski M. , Pingot T. , Pędzich Z.

Warianty tytułu

PL

Reologia, wytłaczalność i właściwości mechaniczne silikonowych kompozytów ceramizujących

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Ceramizable silicone composites of various origin, designated as A, B and C, which can be used for insulation jackets of electrical cables, were the subject of investigations. The rheology and processing studies of the materials were carried out with a one-screw laboratory Brabender Measuring Extruder 19/10 DW (Germany), operating with a screw rotational speed from 10 to 200 rpm. For evaluation of the rheological characteristics of the mixes, η = f (γR), an oval capillary die head was used, whereas a Garvey's head was mounted to the machine for determination of the extrusion rate, linear shrinkage and swelling of the extrudate (Barrus' effect). Extrudability studies of the mixes were carried out according to ASTM D 2230-83. The vulcametric characteristics of the materials contained 2,4 (di)chloro benzoyl peroxide, as a curing agent, were evaluated with a Monsanto 100 (USA) vulcameter, according to ISO 3417. The mechanical properties - tensile strength (TS) and tear strength (TES) of the crosslinked composites were determined with a universal mechanical testing machine Zwick 1435 (Germany) according to ISO 37 and ISO 34 standards respectively. Despite similar rheological characteristics, mix A exhibits the best extrudability. It manifests itself by the highest extrusion rate, minimum linear shrinkage and the lowest expansion of the extrudate among the materials studied. All the mixes studied can be extruded with a wide range of screw rotational speed. The higher the rotational speed, the better the efficiency of extrusion, which meets industrial expectations. Edge defects appear on the surface of the extrudates when the rotational speed is low (below 60÷90 rpm). The mechanical properties of the composites studied meet the requirements of the cable industry: TS = 7÷9 MPa, TES = 12÷15 kN/m and EB ≈300%. The composition of the mineral phase, in a glaze and silicone rubber matrix, is responsible for the differences in the extrudability of the composites studied. Composites containing small particles of milled quartz and wollastonite dominate over the one based on large particles of mica and zinc oxide, regarding the processing parameters.

PL

Obiekt badań stanowiły silikonowe kompozyty ceramizujące, oznaczone jako A, B i C, które mogą być stosowane na osłony przewodów elektrycznych. Badania reologiczne i próby wytłaczalności materiałów wykonano z wykorzystaniem jednoślimakowej wytłaczarki laboratoryjnej Measuring Extruder 19/10 DW firmy Brabender (Niemcy). Do wyznaczenia charakterystyki reologicznej mieszanek η= f (γR) zastosowano głowicę kapilarną o owalnym przekroju, podczas gdy do oznaczania parametrów wytłaczania: szybkości wytłaczania, skurczu liniowego i pęcznienia (efektu Barrusa) wytłoczyny, do wytłaczarki zamontowano głowicę z formownikiem Garveya. Wytłaczalność mieszanek oceniano według ASTM D 2230-83. Charakterystyki wulkametryczne materiałów, zawierających jako środek sieciujący nadtlenek 2,4 (di)chloro benzoilu, wyznaczano za pomocą wulkametru Monsanto 100 (USA), według ISO 3417. Właściwości mechaniczne usieciowanych kompozytów: wytrzymałość przy zerwaniu (TS) oraz odporność na rozdzieranie (TES) oznaczono za pomocą uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej Zwick 1435 (Niemcy), odpowiednio według norm ISO 37 i ISO 34. Pomimo zbliżonych charakterystyk reologicznych mieszanka A wytłacza się najlepiej. Przejawia się to w zdecydowanie największej wartości szybkości wytłaczania, minimalnym skurczu liniowym i najmniejszym pęcznieniu wytłoczyny spośród badanych materiałów. Wszystkie badane mieszanki można wytłaczać w szerokim zakresie prędkości obrotowej ślimaka. Im większa szybkość obrotowa, tym lepsza efektywność procesu, co jest zgodne z oczekiwaniami przemysłu. Defekty krawędziowe pojawiają się na powierzchni wytłoczyn przy małych prędkościach obrotowych ślimaka (poniżej 60÷90 obr./min). Właściwości mechaniczne badanych kompozytów spełniają wymagania stawiane przez przemysł kablowy: TS = 7÷9 MPa, TES = 12÷15 kN/m i EB ≈ 300%. Skład fazy mineralnej, oprócz szkliwa i matrycy z kauczuku silikonowego, jest odpowiedzialny za wytłaczalność badanych kompozytów. Kompozyty zawierające małe cząstki mielonego kwarcu i wolastonitu mają zdecydowaną przewagę nad materiałami bazującymi na dużych cząstkach miki i tlenku cynku, biorąc pod uwagę parametry przetwórstwa.

Słowa kluczowe

EN

cables; ceramizable silicone composites; rheological characteristic; extrudability; mechanical properties

PL

kable; silikonowe kompozyty ceramizujące; charakterystyka reologiczna; wytłaczalność; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 3
• Strony: 252--257
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bieliński D. M.

autor

Anyszka R.

autor

Masłowski M.

autor

Pingot T.

autor

Pędzich Z.

• Technical University of Lodz, Faculty of Chemistry, Institute of Polymer and Dye Technology, ul. Stefanowskiego 12/16 4, 90-924 Łódź, Poland,

Bibliografia

• [1] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia2002 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU Nr 65, poz. 690).
• [2] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 16 czerwca 2003 w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU Nr 121, poz. 1138).
• [3] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 21 kwietnia 2006 w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (DzU Nr 80, poz. 563).
• [4] Hamdani S., Longuet C., Perrin D., Lopez-Cuesta J.-M., Ganachaud F., Flame retardancy of silicone-based materials, Polymer Degradation and Stability 2009, 94, 465-495.
• [5] Hamdani S., Longuet C., Lopez-Cuesta J.-M., Ganachaud F., Calcium and aluminium-based fillers as flame-retardant additives in silicone matrices. I. Blend preparation and thermal properties, Polymer Degradation and Stability 2010, 95, 1911-1919.
• [6] Flammwidrige Zusammensetzung zur Herstellung von elektrischen Kabeln mit isolations- und/oder Funktionserhalt, EP 0 708 455 A1, 24.04.1996.
• [7] Processable silicone composite materials having high temperature resistance, US Patent 5552466, 03.08.1996.
• [8] A fire performance material and cable including the material, WO Patent 2010/097705 A1, 02.09.2010.
• [9] Bagley E.B., Storey S.H., West D.C., Post extrusion swelling of polyethylene, Journal of Applied Polymer Science 1963, 7, 1661-1672.
• [10] Pędzich Z., Bieliński D.M., Mikrostruktura kompozytów silikonowych po ceramizacji, Kompozyty (Composites) 2010, 10(3), 249-254.