Для проведения лабораторных испытаний в лабораторию опытного производства предоставлен образец продукции с целью определения физико-механических характеристик и рекомендаций по подбору полимерного сырья для подготовки воспроизводимой технологии. Образцы для исследований были изготовлены из измельчённой полимерной массы готового изделия. Из измельчённой массы были свальцованы листы толщиной (0,5 ± 0,1) мм. Листы вальцевали при температуре нагрева рабочего валка 165°С, температура нагрева холостого валка – на (5 ± 1) °С ниже температуры нагрева рабочего валка. Время вальцевания от 9 до 12 мин с момента образования сплошного полотна. Каждую пробу вальцевали от 2 до 4 мин при зазоре между валками от 0,4 до 0,5 мм. В процессе вальцевания лист периодически подрезали не менее двух раз в минуту. Затем пробы продукта были запрессованы в пакеты из нескольких плёнок, изготовленных методом вальцевания, до соответствующей толщины. Пакеты укладывали в пресс-форму строго по направлению вальцевания. Образцы в прессе выдерживали без давления при сомкнутых плитах 7 минут, для получения образца толщины 6 мм. Затем прессовали давлением 10,0 МПа и произвели образцы толщиной 2 и 6 мм. После изготовления образцы кондиционировали не менее 16 ч.
Для начала провели определение плотности полимера, измерение твердости:
| № | Наименование работ | Оборудование | Технологические параметры |
| 1 | Твердость по Шору Д | Твердомер Bareiss | Температура образца: 23°С Толщина образца: 6 мм |
2 | Плотность | Весы электронные Pioneer PR224/E | Температура образца: 1=23°С; 2=23°С; |
Измерение твёрдости образцов проводилось в 3 разных точках, определено среднее значение результатов. Данные измерений занесены в таблицу №1:
Таблица №1
№ образца | Единица измерения | Измерение №1 | Измерение №2 | Измерение №3 | Среднее значение твёрдости по Шору Д |
| № 1 | усл. ед. | 54,1 | 54,3 | 54,2 | 54,2 |
Измерение плотности (объёмной массы) образца проводилось методом гидростатического взвешивания на весах аналитических с точностью взвешивания до 0,0001 г. в дистиллированной воде (0,9978 г/мл) тремя определениями. Образец эластомерного материала вырублен на пневматическом прессе. Данные измерений занесены в таблицу №2:
Таблица №2
№ образца | Единица измерения | Масса образца, гр. | Стандарт измерений | Плотность |
| № 2 | г/см3 | 3,5521 | ГОСТ 15139-69 | 1,495 |
Затем провели CHNS – анализ.
| № | Наименование работ | Оборудование |
| 1 | Количественный CHNS – анализ образца | Элементный анализатор для определения С, H, N, S, O Elementar Vario EL cube |
Данные измерений занесены в таблицу №3:
Таблица №3
| Образец | C, % | H, % | N, % | S, % |
| Образец №3 | 42,6 | 5,8 | <0,3 | < 0,3 |
| Соотношение С/Н | 7,3 | |||
| Полиэтилен (теоретический состав) | 85,7 | 14,3 | 0 | 0 |
| Соотношение С/Н | 6,0 | |||
Соотношение C и H в исследованных образцах позволяет сделать выводы о рецептурном составе данных продуктов.
Следующим исследованием сделали определение температур фазовых переходов образцов. Для проведения лабораторных испытаний в лабораторию термического анализа предоставлен образец 5г (№4) с целью определения температур фазовых переходов с применением оборудования:
| № | Наименование работ | Оборудование | Температурные программы, 0К (Кельвин) |
| 1 | Определение температур фазовых переходов | Дифференциальный сканирующий калориметр NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix № 4 образец 5 граммов | Образец нагревали до 523.15K (250 0С) со скоростью 10 К/мин, затем охлаждали до 218.15K (-55 0С) со скоростью 10 К/мин. |
Графики с экспериментальной кривой ДСК для образца были построены в области температуры плавления, для определения значений температуры плавления Tonset
Данные измерений занесены в таблицу №4:
Таблица №4
№ образца | Температура плавления
|
| №4 | 110°С |
Термограмма 1. № 4 образец 5 граммов.
Экспериментальные кривые ДСК: Зеленая кривая – нагрев, красная кривая — охлаждение.
Плавление образца по данным дифференциальной сканирующей калориметрии происходит в диапазоне температур 98°С-122°С (среднее значение 110 °С).
После ДСК-анализа провели качественный анализ образца методом пиролитической газовой хромато-масс-спектрометрии по продуктам их термического распада (600 ⁰С). Используемое оборудование – Газовый хромато-масс-спектрометр GCMS-QP2010 с пиролизером и термодесорбером на основе хромато-масс-спектрометра Shimadzu GCMS-QP2010 Plus. В модели предусмотрена вакуумная система с турбомолекулярным насосом. Технология ASSP (Advanced Scan Speed Protocol) позволяет проводить сканирование без потери чувствительности и искажения спектра. Многофункциональный пиролизер EGA/PY-3030D в основе своей конструкции имеет вертикальную микропечь. В серии многофункциональных пиролизеров, созданных компанией Frontier Laboratories Ltd, EGA/PY-3030D является моделью высшего класса.
Рисунок №1 – Хроматограмма продуктов пиролиза образца (600°С)
Таблица №5 – Идентификация пиков хроматограммы образца № 5
| № пика | Время выхода, мин | Продукт пиролиза | Площадь пика, % |
| 1 | 1,12 | Компоненты воздуха | 1,84 |
| 2 | 1,19 | Пентен-1 | 1,97 |
| 3 | 2,05 | 1,2-диметилциклопентан | 1,72 |
| 4 | 2,14 | Гептан | 1,23 |
| 5 | 3,29 | Октадиен | <1 |
| 6 | 3,56 | Октен-2 | 0,88 |
| 7 | 3,82 | Октан | <1 |
| 8 | 6,06 | 1,8-нонадиен | <1 |
| 9 | 6,36 | Нонен-1 | 1,67 |
| 10 | 6,57 | Нонан | <1 |
| 11 | 7,0-35,0 | Алканы, алкены, алкадиены | 85,81 |
Следующим было решено сделать исследование на массовую долю зольного остатка. Метод заключается в озолении пробы пластмассы и последующем прокаливании остатка в муфельной печи до постоянной массы.
Пробу (образец № 6) равномерно распределяют по основанию тигля и осторожно нагревают до полного озоления, не допуская воспламенения пробы. После озоления тигель помещают в муфельную печь и прокаливают в течение 30 мин при температуре, указанной в нормативно-технической документации на конкретную продукцию, затем охлаждают в эксикаторе в течение 1 ч и взвешивают. Прокаливание повторяют до тех пор, пока разность результатов двух последовательных взвешиваний будет не более 0,0002 г.
Используемое оборудование – печь муфельная обеспечивающая регулирование температуры в диапазонах 950±5°С, горелка газовая, эксикатор, заполненный хлористым кальцием, тигли кварцевые Н-80 ГОСТ 19908—80. Температура прокаливания 900°С.
Данные измерений занесены в таблицу №6:
Таблица №6
| № Образца | Результат исследования, массовая доля зольного остатка, % |
| № 6 | 45.8% |
Данные результаты показывают степень наполнения эластомерных материалов. Образец имеет большой объём минерального наполнителя, до 50%.
Далее было выполнено определение относительного удлинения и прочности при разрыве. Из запрессованной пластины толщиной 2 мм были вырублены на пневмопрессе лопатки тип А (№7,8) необходимые для проведения испытания. Образцы для испытания растянули вдоль продольной оси с постоянной скоростью, в процессе растяжения измеряли нагрузку, выдерживаемую образцом, и измерили удлинение образца. Испытательная машина, используемая при испытании, обеспечивает измерение нагрузки с погрешностью не более 1% измеряемой величины и постоянную скорость раздвижения зажимов в пределах, требуемых настоящим стандартом. В испытании была задействована испытательная Shimadzu AGS-X 50кН, скорость 50мм/мин.
| № | Наименование работ | Оборудование |
| 1 | Определение относительного удлинения и предела текучести при растяжении | Испытательная машина Shimadzu AGS-X 50кН |
Данные измерений прочности на разрыв занесены в таблицу №7:
Таблица №7
| № Образца | Результат исследования, среднее значение прочности |
| №7,8 | 10,68 мПа |
Данные измерений относительного удлинения при разрыве занесены в таблицу №8:
Таблица №8
| № Образца | Результат исследования, среднее значение относительного удлинения |
| №7,8 | 138% |
Исходя из результатов пиролитической ГХМС исследуемый образец изготовлен на основе полиэтилена. Исходя из температуры плавления (110°С) можно сделать вывод, что это полиэтилен высокого давления. Тот факт, что соотношение С/Н в исследуемом образце больше, чем теоретическое у полиэтилена, вероятнее всего свидетельствует о наличии в образце технического углерода (образец имеет черный цвет). Поскольку суммарная массовая доля углерода и водорода в образце составляет 48,4 % вероятнее всего образец содержит около до 50 % неорганического наполнителя (кальцит, тальк, антипирены). Таким образом, предполагаемый состав полимерного образца следующий:
| Компонент | Содержание, % |
| Полиэтилен высокого давления | 40-41 |
| Технический углерод | 7-8 |
| Неорганические наполнители | 51-52 |
По результатам исследования можно сделать вывод, что состав образца схож по свойствам с материалом, производство которого, находится в РФ. Ниже приведены свойства этого материала:
Свойства аналога материала в РФ (справочные данные из открытых источников) | |
| Плотность | 1,52 г/см3 |
| Твёрдость по Шору Д | 55±2 |
| Прочность при разрыве | 10,5 мПа |
| Относительное удлинение при разрыве | 150% |
