Розподіл і характеристика геометрії пор та міцність екструдату, отриманого під час двошнекової екструзії
Досліджено окремі міцнісні характеристики та структуру пористого екструдату з поліпропілену, отриманого під час двошнекової екструзії. Використано лабораторний двошнековий екструдер марки ZSK 18 MEGAlab фірми Coperion Werner and Pfleiderer GmbH з відношенням довжини до діаметра шнеків L/D = 24, а та...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2013
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134151 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Розподіл і характеристика геометрії пор та міцність екструдату, отриманого під час двошнекової екструзії / А. Тор-Святек, О. Суберляк, В. Красінський, Л. Дулєбова // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 6. — С. 93-99. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134151 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Тор-Святек, А. Суберляк, О. Красінський, В. Дулєбова, Л. 2018-06-12T15:38:41Z 2018-06-12T15:38:41Z 2013 Розподіл і характеристика геометрії пор та міцність екструдату, отриманого під час двошнекової екструзії / А. Тор-Святек, О. Суберляк, В. Красінський, Л. Дулєбова // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 6. — С. 93-99. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134151 678.71 Досліджено окремі міцнісні характеристики та структуру пористого екструдату з поліпропілену, отриманого під час двошнекової екструзії. Використано лабораторний двошнековий екструдер марки ZSK 18 MEGAlab фірми Coperion Werner and Pfleiderer GmbH з відношенням довжини до діаметра шнеків L/D = 24, а також інноваційні пороутворювачі Expancel 950МB80 і 950МB120. Проаналізовано залежності міцнісних характеристик пористого екструдату від швидкості екструзії і вмісту пороутворювача. Исследованы отдельные прочностные характеристики и структура пористого экструдата из полипропилена, полученного при двухшнековой экструзии. Для экструзии использован лабораторный двухшнековый экструдер марки ZSK 18 MEGAlab фирмы Coperion Werner and Pfleiderer GmbH с отношением длины к диаметру шнеков L/D = 24. Для исследований применены инновационные порообразователи Expancel 950МB80 и 950МB120. Проанализированы зависимости прочностных характеристик пористого экструдата от скорости экструзии и количества порообразователя. The selected strength properties and porous structure of polypropylene extrudate obtained in the twin screw extrusion process were investigated. The twin screw extrusion process was performed using the ZSK 18 MEGAlab twin screw extruder with L/D = 24 ratio, manufactured by Coperion Werner and Pfleiderer GmbH. In the experimental tests, Expancel 950MB80 and Expancel 950MB120 two types of an innovative foaming agent were used. The obtained results are analyzed and relevant conclusions are drawn. Робота виконана в межах європейського Ґранту “Technological and design aspects of extrusion and injection moulding of thermoplastic polymer composites and nanocomposites” програми FP7-PEOPLE-2010-IRSES згідно з угодою PIRSES-GA2010-269177. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Розподіл і характеристика геометрії пор та міцність екструдату, отриманого під час двошнекової екструзії Распределение и характеристика геометрии пор, а также прочность экструдата, полученного при двухшнековой экструзии Distribution and geometrical characteristics of pores and strength properties of the extrudate obtained in the twin screw extruder process Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Розподіл і характеристика геометрії пор та міцність екструдату, отриманого під час двошнекової екструзії |
| spellingShingle |
Розподіл і характеристика геометрії пор та міцність екструдату, отриманого під час двошнекової екструзії Тор-Святек, А. Суберляк, О. Красінський, В. Дулєбова, Л. |
| title_short |
Розподіл і характеристика геометрії пор та міцність екструдату, отриманого під час двошнекової екструзії |
| title_full |
Розподіл і характеристика геометрії пор та міцність екструдату, отриманого під час двошнекової екструзії |
| title_fullStr |
Розподіл і характеристика геометрії пор та міцність екструдату, отриманого під час двошнекової екструзії |
| title_full_unstemmed |
Розподіл і характеристика геометрії пор та міцність екструдату, отриманого під час двошнекової екструзії |
| title_sort |
розподіл і характеристика геометрії пор та міцність екструдату, отриманого під час двошнекової екструзії |
| author |
Тор-Святек, А. Суберляк, О. Красінський, В. Дулєбова, Л. |
| author_facet |
Тор-Святек, А. Суберляк, О. Красінський, В. Дулєбова, Л. |
| publishDate |
2013 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Распределение и характеристика геометрии пор, а также прочность экструдата, полученного при двухшнековой экструзии Distribution and geometrical characteristics of pores and strength properties of the extrudate obtained in the twin screw extruder process |
| description |
Досліджено окремі міцнісні характеристики та структуру пористого екструдату з поліпропілену, отриманого під час двошнекової екструзії. Використано лабораторний двошнековий екструдер марки ZSK 18 MEGAlab фірми Coperion Werner and Pfleiderer GmbH з відношенням довжини до діаметра шнеків L/D = 24, а також інноваційні пороутворювачі Expancel 950МB80 і 950МB120. Проаналізовано залежності міцнісних характеристик пористого екструдату від швидкості екструзії і вмісту пороутворювача.
Исследованы отдельные прочностные характеристики и структура пористого экструдата из полипропилена, полученного при двухшнековой экструзии. Для экструзии использован лабораторный двухшнековый экструдер марки ZSK 18 MEGAlab фирмы Coperion Werner and Pfleiderer GmbH с отношением длины к диаметру шнеков L/D = 24. Для исследований применены инновационные порообразователи Expancel 950МB80 и 950МB120. Проанализированы зависимости прочностных характеристик пористого экструдата от скорости экструзии и количества порообразователя.
The selected strength properties and porous structure of polypropylene extrudate obtained in the twin screw extrusion process were investigated. The twin screw extrusion process was performed using the ZSK 18 MEGAlab twin screw extruder with L/D = 24 ratio, manufactured by Coperion Werner and Pfleiderer GmbH. In the experimental tests, Expancel 950MB80 and Expancel 950MB120 two types of an innovative foaming agent were used. The obtained results are analyzed and relevant conclusions are drawn.
|
| issn |
0430-6252 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134151 |
| citation_txt |
Розподіл і характеристика геометрії пор та міцність екструдату, отриманого під час двошнекової екструзії / А. Тор-Святек, О. Суберляк, В. Красінський, Л. Дулєбова // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 6. — С. 93-99. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT torsvâteka rozpodílíharakteristikageometrííportamícnístʹekstrudatuotrimanogopídčasdvošnekovoíekstruzíí AT suberlâko rozpodílíharakteristikageometrííportamícnístʹekstrudatuotrimanogopídčasdvošnekovoíekstruzíí AT krasínsʹkiiv rozpodílíharakteristikageometrííportamícnístʹekstrudatuotrimanogopídčasdvošnekovoíekstruzíí AT dulêboval rozpodílíharakteristikageometrííportamícnístʹekstrudatuotrimanogopídčasdvošnekovoíekstruzíí AT torsvâteka raspredelenieiharakteristikageometriiporatakžepročnostʹékstrudatapolučennogopridvuhšnekovoiékstruzii AT suberlâko raspredelenieiharakteristikageometriiporatakžepročnostʹékstrudatapolučennogopridvuhšnekovoiékstruzii AT krasínsʹkiiv raspredelenieiharakteristikageometriiporatakžepročnostʹékstrudatapolučennogopridvuhšnekovoiékstruzii AT dulêboval raspredelenieiharakteristikageometriiporatakžepročnostʹékstrudatapolučennogopridvuhšnekovoiékstruzii AT torsvâteka distributionandgeometricalcharacteristicsofporesandstrengthpropertiesoftheextrudateobtainedinthetwinscrewextruderprocess AT suberlâko distributionandgeometricalcharacteristicsofporesandstrengthpropertiesoftheextrudateobtainedinthetwinscrewextruderprocess AT krasínsʹkiiv distributionandgeometricalcharacteristicsofporesandstrengthpropertiesoftheextrudateobtainedinthetwinscrewextruderprocess AT dulêboval distributionandgeometricalcharacteristicsofporesandstrengthpropertiesoftheextrudateobtainedinthetwinscrewextruderprocess |
| first_indexed |
2025-11-26T02:06:00Z |
| last_indexed |
2025-11-26T02:06:00Z |
| _version_ |
1850607964888498176 |
| fulltext |
93
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2013. – ¹ 6. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 678.71
РОЗПОДІЛ І ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОМЕТРІЇ ПОР
ТА МІЦНІСТЬ ЕКСТРУДАТУ, ОТРИМАНОГО ПІД ЧАС
ДВОШНЕКОВОЇ ЕКСТРУЗІЇ
A. ТОР-СВЯТЕК 1, О. СУБЕРЛЯК 2, В. КРАСІНСЬКИЙ 2, Л. ДУЛЄБОВА 3
1 Люблінська політехніка, Польща;
2 Національний університет "Львівська політехніка";
3 Технічний університет Кошице, Словаччина
Досліджено окремі міцнісні характеристики та структуру пористого екструдату з
поліпропілену, отриманого під час двошнекової екструзії. Використано лаборатор-
ний двошнековий екструдер марки ZSK 18 MEGAlab фірми Coperion Werner and
Pfleiderer GmbH з відношенням довжини до діаметра шнеків L/D = 24, а також інно-
ваційні пороутворювачі Expancel 950МB80 і 950МB120. Проаналізовано залежності
міцнісних характеристик пористого екструдату від швидкості екструзії і вмісту по-
роутворювача.
Ключові слова: геометрична характеристика пор, міцність за розриву та розтя-
гу, пористий екструдат.
Виготовлені під час переробки полімерів вироби мають різну фізичну струк-
туру, яка залежить від методу і параметрів процесу, природи матеріалу і додатко-
вих компонентів композиції. За модифікації пороутворювачами в структурі виро-
бів протікають істотні зміни, що впливають як на їх фізико-механічні властиво-
сті, в основному міцність, так і фізичну структуру [1, 2]. Тут необхідно брати до
уваги характеристики розподілу пороутворювачів, оскільки від них залежать
вибір обладнання та оснащення для технологічної лінії та відповідні умови пере-
робки [3, 4].
З допомогою пороутворювачів отримують спінені по всьому перерізу виро-
би або такі, що мають тверде ядро і пористий зовнішній шар [5–7]. Щоб правиль-
но охарактеризувати геометричну структуру утворених під час переробки пор,
необхідно визначити вміст кожного з її елементів.
Оцінюючи розподіл і геометричні характеристики пор, необхідно вказати їх
тип (відкриті, напіввідкриті, закриті), розташування (об’ємні й поверхневі), а та-
кож коефіцієнт їх звивистості [1]. Важливим показником, який характеризує
структуру спіненого виробу, є розподіл утворених пор, об’ємна їх частка, а також
кількість у даному перерізі [8]. До сьогодні методи аналізу розподілу і характе-
ристик геометричної структури спінених виробів ґрунтувалися на експеримен-
тальному визначенні розподілу в них пор після введення рідини або газу. Для ви-
значення розподілу пор використовують ртутну порометрію, яка полягає у побу-
дові т. зв. кривої і встановленні об’єму ртуті, яку втискують у пористий матеріал,
а також газову порометрію, яка полягає у вимірюванні пористості за об’ємом
стисненого газу, який вводять у пористий матеріал [9, 10].
Одночасно пористу структуру виробів з полімерних матеріалів оцінюють,
застосовуючи мікроскопічні дослідження та методи комп’ютерного аналізу зоб-
ражень за відповідним програмним забезпеченням. Такий аналіз може бути кіль-
Контактна особа: В. В. КРАСІНСЬКИЙ, e-mail: vkrasinsky82@gmail.com
94
кісним або якісним. Кількісний виконують, щоб порівняти подібні зображення
різних об’єктів і визначити кількість пор, їх розмір, форму і розподіл [11].
Зазвичай типи пороутворювачів вибирають залежно від методів їх перероб-
ки. Модифікувати термопласти пороутворювачами можна литтям під тиском та
одно- і двошнековою екструзією [12–14]. Однак механічні властивості і структу-
ру пористого екструдату, отриманого на двошнековому екструдері, ще не вивчали.
Експериментальна частина. Використовували двошнековий екструдер
марки ZSK 18 MEGAlab фірми Coperion Werner і Pfleiderer GmbH, оснащений
екструзійною головкою зі соплом круглого поперечного перерізу діаметром
3,0 mm і прямоточною щілиною довжиною 16 mm. Одержували суміш на основі
поліпропілену (ПП) марки Moplen EP440G з пороутворювачами марки Expancel
950MB80 і 950MB120 фірми Akzo Nobel [15].
Екструдер оснащений шнеками циліндричної форми з діаметром 18 mm і
відношенням довжини до діаметра L/D = 24. Випробовували на міцність цилінд-
ричні зразки діаметром 3,5 mm, довжиною не менше 90 mm та робочою зоною
30 mm з композицій поліпропілену Moplen EP440G з пороутворювачами Expan-
cel 950MB80 і 950MB120 на розривній машині марки Z005 фірми Zwick з діапа-
зоном вимірювання зусилля від 0 до 5 kN. Точність вимірювання зусилля 2 N, а
швидкість розтягування 50 mm/min.
Досліджували найважливіші чинники, що характеризують спінену екструзію
та одновісний розтяг. Безпосередні: характеристичний розмір χ мікросфер поро-
утворювача в екструдаті, mm; максимальне зусилля розтягу Fmax екструдату, N;
руйнівне зусилля розтягу Fr екструдату, N. Непрямі: максимальне напруження σz
за розтягу екструдату, MPa; напруження за розриву σr, MPa; відносне видовжен-
ня за максимального напруження εz, %; відносне видовження за розриву εr, %;
відсотковий вміст гіперпластичних мікросфер у матеріалі ϕ, %. Змінні (початкові
значення): вміст пороутворювача Expancel ζ = 1,0; 2,0; 3,0 і 4%; швидкість обер-
тання шнеків екструдера υ = 120; 130; 140; 150 і 160 min–1; швидкість обертання
шнека дозатора v = 0,4; 0,6; 08, 1,0 і 1,2 min–1. Фіксовані (сталі): розподіл темпе-
ратур за зонами циліндра екструдера t, °C (t1 = 170; t2 = 185; t3 = 190; t4 = 200; t5 =
= 205); температуру матеріалу в зоні дозування циліндра tt = 205°C; діаметр екс-
трудату d = 3,5 mm; початкову густину матеріалу ρ1 = 900 kg/m3; густину мікро-
сфер ρm = 1000 kg/m3; геометричні елементи циліндра і екструзійної головки;
інтенсивність охолодження екструдату. Змішані збурень: напругу живлення від
219 до 241 V; відносну вологість повітря від 55 до 65%; температуру навколиш-
нього середовища від 20 до 24°С.
Вважають, однак, що вплив супутніх збурювальних чинників незначний і
його можна знехтувати. Зразки матеріалу для досліджень отримували відтинан-
ням відрізків екструдату заданої довжини з довшого сегмента, отриманого під
час екструзії. Зразки одержано за різних швидкостей обертання шнеків, вмісту
пороутворювача і продуктивності дозатора екструдера. Під час розтягу фіксували
найбільше розривне зусилля і відносне видовження за розтягу та розриву.
Результати досліджень та їх обговорення. За отриманими результатами
побудували залежності найбільших напружень за розтягу і розриву зразків екст-
рудату з поліпропілену від швидкості обертання шнеків за різного вмісту пороут-
ворювачів та граничних швидкостей дозатора 0,4 і 1,2 min–1 (рис. 1), а також
(рис. 2) залежності максимального напруження за розтягу зразків з поліпропілену
від вмісту пороутворювачів за різних швидкостей обертання шнека дозатора і гра-
ничних швидкостей обертання шнеків екструдера 120 та 160 min–1.
Характер змін максимального напруження за розтягу зразків поліпропілену з
різною кількістю пороутворювачів 950MB80 і 950MB120 незалежно від налашту-
95
вань дозатора подібний (рис. 1а–d). Максимальні напруження розтягу зафіксува-
ли за найнижчих швидкостей обертання шнеків екструдера, найвищих швидкос-
тей обертання шнека дозатора і для екструдату без пороутворювача (рис. 1b і d).
Воно різко зменшується зі збільшенням швидкості обертання шнеків екструдера і
вмісту пороутворювача. Наприклад, під час екструдування ПП за швидкості шне-
ка дозатора 1,2 min–1 і зростання вмісту пороутворювача 950MB80 від 0 до 4%
максимальне напруження розтягу зменшується на 40,54% за найменшої швидкос-
ті обертання шнеків, в той час як за найвищої – на 41,67% (рис. 1b). Зі зменшен-
ням швидкостей шнека дозатора до 0,4 min–1 за найнижчих швидкостей шнеків
екструдера знижується на 36,67% і на 39,28% – за максимальних швидкостей
шнеків (рис. 1а).
Рис. 1. Залежність максимальних напружень розтягу σz (a–d) та розриву σr (e–h) зразків
екструдату з поліпропілену від швидкості обертання шнеків (v) за різних вмісту поро-
утворювача і швидкості шнека дозатора: a, b, e, f – пороутворювач Expancel 950МB80;
c, d, g, h – Expancel 950МB120; a, c, e, g – швидкість шнека дозатора 0,4 min–1;
b, d, f, h – 1,2 min–1. Криві 1–5 – вміст пороутворювача: 0; 1; 2; 3 та 4%.
Fig. 1. Dependence of maximum tensile stress σz (a–d) and tensile stress at break σr (e–h)
in polypropylene extrudate samples on screw speed (v) at different foaming agent amounts
and feeder settings: a, b, e, f – Expancel 950MB80; c, d, g, h – Expancel 950МB120;
a, c, e, g – feeder setting 0.4 min–1; b, d, f, h –1.2 min–1.
Curves 1–5 – foaming agent amount: 0; 1; 2; 3; 4%.
96
Зі збільшенням швидкості обертання шнеків екструдера від 120 до 160 min–1
за сталої швидкості обертання шнека дозатора 0,4 min–1 максимальне напруження
розтягу зменшується на 6,67% під час екструдування чистого ПП і на 10,53% під
час екструдування з 4% пороутворювача 950MB80 (рис. 1а). Зі збільшенням
швидкості обертання шнека дозатора до 1,2 min–1 за наведених вище умов напру-
ження за розтягу зменшується на 2,70% під час екструдування чистого поліпро-
пілену і на 4,54% – з 4% пороутворювача 950MB80 (рис. 1b). Після додавання до
чистого ПП пороутворювача 950MB120 також отримують подібні якісні і кількіс-
ні результати (рис. 1c, d).
Залежність напруження розриву отриманих зразків від швидкості обертання
шнеків екструдера за різної швидкості обертання шнеків дозатора подібна до ана-
логічної залежності максимального напруження розтягу (рис. 1e–h). Максимальні
його значення зафіксовані за найвищих швидкостей обертання шнека дозатора,
екструдування ПП без пороутворювача і найнижчих шнеків екструдера. Суттєві-
ше воно знижується за найвищих швидкостей обертання шнеків дозатора та екс-
трудера (рис. 1f, h). Наприклад, під час екструдування ПП за налаштувань доза-
тора 1,2 min–1 і зростання вмісту пороутворювача 950MB80 з 0 до 4% напружен-
ня зменшується на 47,14% за найнижчої швидкості обертання шнеків, у той час
як за найвищої спадає на 50,72% (рис. 1f). Зі зменшенням швидкості обертання
шнека дозатора до 0,4 min–1 напруження зменшується на 45,28% за найнижчої
швидкості шнеків екструдера і на 46% – за максимальної (рис. 1e).
Зі збільшенням швидкості обертання шнеків екструдера від 120 до 160 min–1
за сталої швидкості обертання шнека дозатора 0,4 min–1 напруження під час роз-
риву знижується на 5,66% під час екструдування чистого ПП і на 6,89% – за екст-
рудування з 4% пороутворювача 950MB80 (рис. 1e). З ростом швидкості обер-
тання шнека дозатора до 1,2 min–1 за цих самих умов напруження розриву падає
на 1,43% за екструдування чистого поліпропілену і на 8,11% під час екструзії по-
ліпропілену з 4% піноутворювача 950MB80 (рис. 1f). Після додавання до чистого
ПП піноутворювача Expancel 950MB120 одержуємо аналогічні якісні і кількісні
результати, як і для піноутворювача 950MB80 (рис. 1g, h).
Максимальне напруження за розтягу різко зменшується із збільшенням вміс-
ту пороутворювача, незалежно від швидкості обертання шнеків екструдера і на-
лаштувань дозатора. Його найвище значення зафіксовано за екструзії без пороут-
ворювача і за вищої швидкості обертання шнеків екструдера. Однак за постійно-
го вмісту пороутворювача з ростом швидкості обертання шнека дозатора макси-
мальне напруження за розтягу збільшується (рис. 2).
Наприклад, за швидкості обертання шнеків екструдера 120 min–1 зі зростан-
ням налаштувань дозатора з 0,4 до 1,2 min–1 максимальне напруження розтягу
зростає з 30 до 37 MPa, тобто на 23,33% під час екструзії чистого поліпропілену і
з 19 до 22 MPa, тобто на 15,79%, за екструзії поліпропілену з 4% пороутворювача
950МB80 (рис. 2а). Зі збільшенням швидкості обертання шнеків до 160 min–1 за
тих самих налаштувань воно підвищується з 28 до 36 MPa, тобто на 28,57% під
час екструзії чистого ПП і з 17 до 21 MPa, тобто на 23,53% під час екструзії полі-
пропілену з 4% пороутворювача (рис. 2b). Після додавання до поліпропілену по-
роутворювача 950МB120 одержуємо аналогічні результати (рис. 2c, d).
Розподіл та геометричні особливості пор вивчали, використовуючи чорно-
білі фотографії структури зрізів зразків. Зразки отримали за допомогою мікро-
тома, на якому сталевим ножем в напрямку, перпендикулярному до напрямку
екструзії, витинали зрізи зразків товщиною 0,1 mm. Досліджували структуру у
відбитому світлі на оптичному мікроскопі Vision DX 51, оснащеному 1,3 Мп фо-
токамерою.
97
Рис. 2. Залежність максимальних напружень σz за розтягу зразків екструдату з полі-
пропілену від вмісту піноутворювача ζ за різних налаштувань дозатора і швидкості
обертання шнеків екструдера: а, b – Expancel 950МB80; c, d – Expancel 950МB120.
Швидкість обертання шнеків 120 (a, c) і 160 min–1 (b, d).
Криві 1–5 – налаштування дозатора: 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 min–1.
Fig. 2. Dependence of maximum tensile stresses σz in polypropylene extrudate samples
on foaming agent amount ζ for different feeder settings and screw speeds:
а, b – Expancel 950MB80, c, d – Expancel 950МB120. Screw speed 120 (a, c)
and 160 min–1 (b, d). Curves 1–5 – feeder setting: 0.4; 0.6; 0.8; 1.0; 1.2 min–1.
На основі комп’ютерного аналізу зображень отриманої структури екструда-
ту (рис. 3) встановили, що розподіл пор, незалежно від кількості та типу пороут-
ворювача Expancel, рівномірний по всьому його поперечному перерізу. Він не за-
лежить від параметрів спіненої екструзії, тобто швидкості обертання шнеків, тис-
ку в зоні дозування вузла пластикації і налаштувань дозатора. Пори більшого
розміру утворюються під час застосування пороутворювача Expancel 950МB120.
Однак, що більший його вміст в екструдаті, то менші розміри пор, і більша їх
кількість. Чим можна пояснити відмінності у механічних властивостях окремих
зразків. Розмір пор і площа їх поверхні залежать від тиску матеріалу в зоні дозу-
вання екструдера і швидкості обертання шнеків.
Рис. 3. Вигляд пористої структури отриманого екструдату: а – поверхневий шар;
b – внутрішній (зона стрижня); 1 – пори; 2 – поліпропілен.
Fig. 3. Porous structure of the obtained extrudate:
a – surface area; b – core area; 1 – pores; 2 – polypropylene.
98
Рис. 4. Модель розподілу і геометричних
характеристик пор у поперечному перерізі
екструдату з поліпропілену з додаванням
піноутворювача Expancel 950MB120:
1 – приповерхнева зона шириною Gpz;
2 – зона, яка прилягає до зони стрижня
шириною Gsz; 3 – центральна (зона стрижня)
шириною Gr; Gp – діаметр зразка екструдату.
Fig. 4. Pore distribution and geometric
characteristics in the cross-section of poly-
propylene extrudate with foaming agent
Expancel 950MB120: 1 – subsurface zone
with width Gpz; 2 – an area adjacent to the core
zone of width Gsz; 3 – central (zone of core)
of width Gr; Gp – diameter extrudate
of the sample.
На основі комп’ютерного аналізу зображень розроблено модель розподілу і
геометричних характеристик пор у поперечному перерізі екструдованого полі-
пропілену (рис. 4). У поперечному перерізі пористого екструдату з діаметром Gp
можна виділити три зони. Зону шириною Gr, яка знаходиться в центральному ко-
лі, шириною Gsz, що прилягає до зони стрижня, а також приповерхневу з шири-
ною Gpz, яка прилягає з одного боку до проміжної зони, а з іншого безпосередньо
контактує з навколишнім середовищем. Приповерхнева зона не має пор, а її
структура аморфна. Проміжна зона має трохи менші за розмірами пори, ніж зона
стрижня, хоча в обох зонах пори розподілені рівномірно.
ВИСНОВКИ
Поліпропілен Moplen EP440G з пороутворювачем Expancel 950MB120 має
нижчі міцнісні характеристики, зокрема максимальне напруження розтягу, гра-
ницю міцності за розриву і відносне видовження як за максимального напружен-
ня, так і розриву, незалежно від швидкостей шнека і дозатора. Після додавання
пороутворювача Expancel 950MB120 до екструдованого поліпропілену утворю-
ється однорідна структура спіненого матеріалу, тобто в ньому пори рівномірно
розподілені та мають однаковий розмір у всьому перерізі екструдату. Із збіль-
шенням вмісту пороутворювача максимальне зусилля за розтягу зменшується і
досягає найвищих значень за максимальної швидкості дозатора і мінімальної
шнека. Комп’ютерний аналіз зображень перерізу екструдату свідчить про рівно-
мірніший розподіл та однаковий розмір пор за використання піноутворювача
Expancel 950MB120 порівняно з Expancel 950MB80. Шорсткість поверхні спіне-
ного екструдату вища, ніж твердої поверхні чистого поліпропілену.
РЕЗЮМЕ. Исследованы отдельные прочностные характеристики и структура порис-
того экструдата из полипропилена, полученного при двухшнековой экструзии. Для экст-
рузии использован лабораторный двухшнековый экструдер марки ZSK 18 MEGAlab фир-
мы Coperion Werner and Pfleiderer GmbH с отношением длины к диаметру шнеков L/D = 24.
Для исследований применены инновационные порообразователи Expancel 950МB80 и
950МB120. Проанализированы зависимости прочностных характеристик пористого экст-
рудата от скорости экструзии и количества порообразователя.
SUMMARY. The selected strength properties and porous structure of polypropylene extru-
date obtained in the twin screw extrusion process were investigated. The twin screw extrusion
process was performed using the ZSK 18 MEGAlab twin screw extruder with L/D = 24 ratio,
manufactured by Coperion Werner and Pfleiderer GmbH. In the experimental tests, Expancel
950MB80 and Expancel 950MB120 two types of an innovative foaming agent were used. The
obtained results are analyzed and relevant conclusions are drawn.
99
Робота виконана в межах європейського Ґранту “Technological and design
aspects of extrusion and injection moulding of thermoplastic polymer composites and
nanocomposites” програми FP7-PEOPLE-2010-IRSES згідно з угодою PIRSES-GA-
2010-269177.
1. Tor-Swiatek A. Characteristics of physical structure of poly(vinyl chloride) extrudate
modified with microspheres // Polimery. – 2012. – 57, № 7. – Р. 577−580.
2. Am Sang Sung W. and Som Batsom Pop N. Effect of chemical blowing agent on cell structure
and mechanical properties of EPDM foam, and peel strength and thermal conductivity of
wood/NR composite–EPDM foam laminates // Composites Part B: Engng. – 2009. – 40, № 7.
– Р. 594–600.
3. Sikora J. W. Screw Extrusion / Eds.: T. Sabu, W. Yang // In Advances in Polymer Proc: From
macro to nano scales. – Oxford, Cambrigde, New Delhi, Wodhead Publishing Limited. – 2009.
4. Sikora J. W: Review: Increasing the efficiency of the extrusion process // Polymer Engng.
and Sci. – 2008. – 48, № 9. – Р. 1678–1682.
5. Jonsson L. and Rosskothen K. R. Efficiency comparison: microspheres – a universal, effec-
tive blowing agent // Kunststoffe-Plast Europe. – 2003. – 93. – P. 40−41.
6. Kyung-Min L. Bi-cellular foam structure of polystyrene from extrusion foaming process
/ Eds.: K. L. Eung, G. K. Seong, B. P. Chul, H. E. Naguib // J. Cellular Plastics. – 2009. –
45, № 6. – P. 539−545.
7. Qiong Z. and Chuan-Bo C. Exo-endothermic blowing agent and its foaming behavior // J.
Cellular Plastics. – 2005. – 41, № 3. – P. 225−234.
8. Wojnar L. 3-D image analysis of cellular structures. – Aalborg: Aalborg University, 2003.
9. Cieszko M. and Kempiński M. Determination of limit pore size distribution of porous mate-
rials from mercury instrusion curves // Engng. Transaction. – 2006. – 54, № 2. – P. 143−158.
10. Faith D., Horsfield C. J., and Nazarov W. Characterization of pore size of trimethylol
propane triacrylate (TMPTA) polymer foam by pulsed sputter coating and SEM analysis
// J. of Mater. Sci. – 2006. – 41, № 13. – P. 3973–3977.
11. Silverstein M. S., Cameron N. R., and Hillmyer M. A. Porous polymers. – New Jersey: John
Wiley & Sons, Inc., 2011.
12. Sikora J. W. Comparison between LDPE conventional and authothermal extrusionn
characteristics // Int. Polymer Processing. – 1998. – 13, № 1. – P. 9–12.
13. Garbacz T. Structure and properties of cellular thin-walled cable coatings // Polimery.
– 2012. – 57, № 11–12. – P. 91−94.
14. Tor-Swiatek A. and Samujło B. Use of thermovision research to analyze the thermal stability
of microcellular extrusion process of poly(vinyl chloride) // Eksploatacja i Niezawodnosc.
– Maintenance and Reliability. – 2013. – 15, № 1. – P. 58−61.
15. Dulebová L., Sobotová L., Badida M. Vplyv prostredia na vybrané vlastnosti polymérnych
materiálov // Strojárstvo extra. – 2011. – Č. 10. – S. 2–5.
Одержано 05.02.2013
|