Введение
Полимерные материалы в настоящее время находят всё более широкое применение в различных областях науки и техники, и вообще в нашей современной бытовой жизни, будь то посуда или комплектующие детали для автомобилей. Ещё в СССР в 1981-1985 гг. отмечалось важная необходимость получения материалов с заданными свойствами и развития производства новых полимерных материалов и изделий из них с комплексом характеристик, необходимых для современной техники. И развитие получения новых полимерных материалов не останавливается и по сей день.
Среди полимерных материалов большого внимания заслуживает полипропилен. Широкая сырьевая база, разработка новых методов синтеза, ценный комплекс физико-механических свойств предопределяет благоприятные технико-экономические предпосылки для развития их производства и применения, полученных на их основе разнообразных изделий в различных областях народного хозяйства.
Технология получение полипропиленового волокна.
Полимеризацию в растворе проводят по периодичной или непрерывной схеме в среде инертного растворителя (Н-гептан, низкооктановые фракции бензина) при 70-80 °С и давлении манометра 0,5-1,0 Мн/м2 (5-10 кгс/с2, что соответствует концентрации манометра ~1,5-3 моль/л). После завершения полимеризации в 1 л растворителя содержится 150-300 г полипропилена в виде мелкодисперсного порошка. Из суспензии отмывают чистым растворителем (обычно бензином) атактическую фракцию и фракцию стереоблок полимера, содержание которых обычно не превышает 3-6% (по массе). Из растворителя эти фракции выделяют на ректификационных колонках. Катализатор в аппарате отмывки дезактивируется спиртом (метиловым, этиловым или изопропиленовым). Изотактический полипропилен после отделения растворителя на центрифуге подвергается дополнительной отмывке от остатков катализатора спиртом или водными растворами комплексонов (например, типа трилона Б). Порошкообразный полипропилен сушат в кипящем слое потоком горячего инертного газа, после чего он поступает в бункер, в котором смешивается со стабилизаторами, красителями и наполнителями, а затем гранулируется. Полипропилен выпускается в виде бесцветных или окрашенных гранул. [1]
Формование полипропиленового волокна из расплава полимера
Технологический процесс производства волокон из расплава полипропилена включает несколько основных операций, общих для всего ассортимента вырабатываемых полипропиленовых волокон (филаментные нити, штапельное волокно, жгут, элементарный жгутик, моноволокно). Такими операциями являются: плавление полимера; формование волокна из расплава полимера; охлаждение сформованных волокон; намотка невытянутых волокон; вытяжка волокон; фиксация волокон.
Не менее распостранён способ полимеризации полипропилена в массе. Эту реакцию осуществляют в среде жидкого мономера или конденсированной пропан-пропиленовой смеси при 70-80 °С и давлении 2,7-3,0 Мн/м2 (27-30 кгс/см2). При полимеризации в массе концентрация мономера примерно в 3 раза выше, чем полимеризации в растворе, в результате чего значительно возрастает скорость реакции, что позволяет уменьшить концентрацию катализатора. Очищают и перерабатывают полипропилен также, как и полипропилен, полученный полимеризацией в растворе. Отсутствие растворителя упрощает выделение полипропилена и его сушку
Полимеризация полипропилена на комплексных металлорганических катализаторах происходит по анионно-координационному механизму. Координационно-ионная полимеризация – это каталитические процессы образования макромолекул, в которых стадии разрыва связи в мономере предшествует возникновение координационного комплекса между ним и катализатором. Характер и структура комплекса зависят от типа катализатора и строения мономера.
Скорость полимеризации пропиленная прямо пропорциональна концентрации мономера, количеству TiCl3 и почти не зависит от концентрации сокатализатора. [2]
2. Физические свойства волокна.
Полипропилен имеет самую меньшую из всех видов пластика плотность – 0,9 г/см3, он является достаточно твёрдым, чем объясняется его стойкость к истиранию, и имеет самое большое значение термостойкости (этот материал начинает размягчаться при температуре 140°С и плавится при 170°С), и также он практически не подвержен коррозии. Полипропилен является высокочувствительным к кислороду и свету (понижение чувствительности происходит во время введения стабилизаторов). И, как будет вести себя полипропилен во время растяжения, ещё больше зависит от температуры, а также скорости, с которой прикладывается нагрузка. Чем более низкой будет скорость растяжения данного материала, тем высшим будет показатель его механических свойств. При высоких значениях скоростей растяжение, которое разрушает напряжение во время растяжения полипропилена, является существенно более низким, чем его граница текучести во время растяжения. [3]
Таблица №1 - Физико-механические характеристики полипропилена
| Плотность, г/см3 | 0,90-0,91 |
| Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см2 | 250-400 |
| Относительное удлинение на разрыв, % | 200-800 |
| Модуль упругости при изгибе, кгс/см2 | 6700-11900 |
| Передел текучести при растяжении, кгс/см2 | 250-350 |
| Относительное удлинение при пределе текучести, % | 10-20 |
| Ударная вязкость с надрезом, кгс/см2 | 33-80 |
| Твёрдость по Бринеллю, кгс/см2 | 6,0-6,5 |
Таблица №2 - Физико-механические свойства разных марок полипропилена.
| Показатель/ марка | 01П10/002 | 02П10/003 | 05П10/020 | 07П10/080 | 09П10/200 |
| Насыпная плотность, кг/л, не менее | 0,47 | 0,47 | 0,47 | 0,47 | 0,47 |
| Показатель текучести расплава | ~0 | 0,2-0,4 | 1,2-3,5 | 5-15 | 15-25 |
| Относительное удлинение при разрыве, %, не менее | - | - | |||
| Предел текучести при разрыве, кгс/см2, не менее | - | - | |||
| Стойкость к растрескиванию, ч, не менее | - | - | |||
| Характеристическая вязкость в декалине при 135°С, 100 мл/г | - | - | - | 1,5-2,0 | 0,5-15 |
| Содержание изотактической фракции, не менее | - | - | - | ||
| Содержание атактической фракции, не более | -5 | -5 | - | - | - |
3. Химические и теплофизические свойства волокон.
Полипропилен является материалом, обладающим химической устойчивостью. Но он может подвергаться лишь воздействию таких сильных окислителей, как азотная и хлорсульфоновая кислоты. Другим окислителям полипропилен почти не подвергается, например, серная кислота при своей концентрации 58% и 30% перекись водорода при комнатной температуре не оказывает сильного воздействия на него. Деструкция полипропилена может произойти лишь после длительного контакта с этими веществами при температуре 60°С.
Данный материал является водостойким материалом (вплоть до температуры 130°С), а также некоторые марки могут контактировать с пищевыми продуктами, использоваться для изготовления товаров и упаковки, например лента полипропиленовая, а так же используемых в медико-биологической отрасли.
В растворителях органического типа данный материал в условиях комнатной температуры немного набухает. При температуре, превышающей 100ºC, полипропилен растворяется в ароматических углеводородах, вроде толуола и бензола.
Теплофизические свойства
Чистый полипропилен изотактического типа начинает плавиться при температуре 176ºC. Наибольшая температура использования пропилена составляет от 120 до 140ºС. Все полипропиленовые изделия могут выдержать кипячения, и способны подвергаться паровой стерилизации, причем их механические свойства или форма не изменяется.
Таблица №3 - Теплофизические свойства полипропилена
| Теплофизические свойства полипропилена | |
| Температура плавления, °С | 160-170 |
| Теплостойкость, °С | |
| Удельная теплоёмкость (от 20 до 60 °С), кал/(г∙°С) | 0,46 |
| Термический коэффициент линейного расширения (от 20 до 100 °С) | 1,1∙10-4 |
| Температура хрупкости, °С | От -5 до -15 |
Заключение
В заключении хотелось бы добавить, что в течении последних десятилетий ведущие фирмы Европы, США и Японии, производящие химическое волокно, проявляют всё больший интерес к полипропиленовому волокну, так как возможность его широкого развития производства определяется изысканием путей рационального использования для технических целей и для производства товаров народного потребления.
Из полипропилена, благодаря его свойствам, может изготовляться самая различная продукция, такая как различная тара, контейнеры, вентиляторы, автомобильные полосовые панели, верхние части моечных машин, корпуса радиоприёмников и телевизоров, игрушки, каркасы мебели и другое.
Список использованных источников:
1. Studfiles [электронный ресурс], вход свободный https://studfiles.net/preview/4201123/page:1
2. Studfiles [электронный ресурс], вход свободный https://studfiles.net/preview/4201123/page:2/3
3. Studfiles [электронный ресурс], вход свободный https://studfiles.net/preview/4201123/page:4
4. Studfiles [электронный ресурс], вход свободный https://studfiles.net/preview/4201123/page:6
5. Studfiles [электронный ресурс], вход свободный https://studfiles.net/preview/4201123/page:7