Использование полипропилена в производстве металлонаполненных полимерных композитов: разработка и особенности

1 Кафедра химической технологии переработки пластмасс, Львовский политехнический национальный университет, ул. Бандеры, 12, 79013 Львов, Украина; moc.liamg@yksvaromv (ВМ); moc.liamg@50oknerehcukayisatsana (AK)

Анастасия Кучеренко

Марта Кузнецова

2 Кафедра теплотехники и тепловых и атомных электростанций, Национальный университет «Львовская политехника», ул. Бандеры, 12, 79013 Львов, Украина; moc.liamg@38mavostenzuk

Людмила Дулебова

3 Кафедра инженерных технологий и материалов, Факультет машиностроения, Технический университет Кошице, Мясярска 74, 04001 Кошице, Словакия; ks.ekut@kasips.lime (ИС); ks.ekut@avokinrejam.aknaj (JM)

Эмиль Спишак

Янка Майерникова

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Абстрактные

Методом литья под давлением из металлизированного полимерного сырья успешно получены металлонаполненные композиты на основе отходов полипропилена. С использованием модельного полимера исследованы особенности формирования медного слоя в растворах химической металлизации на поверхности полипропилена и установлены основные факторы, влияющие на этот процесс. Основное влияние на скорость восстановления меди в растворах химической металлизации оказывает концентрация сульфата меди, гидроксида натрия и ЭДТА-Na.₂. Показано, что эффективность процесса меднения также сильно зависит от обработки полимера, которая следует за активацией. В случае использования простой активации не удается получить металлизированное сырье с высокой эффективностью. Для проведения процесса с высокой эффективностью требуется дополнительная обработка активированного полимерного сырья. Количество восстановленной меди на поверхности полимера можно регулировать, изменяя концентрацию компонентов раствора химической металлизации, а также степень загрузки полимерного сырья. Исследование методом электронной сканирующей микроскопии полученного металлизированного полипропилена показало, что медное покрытие на полимерных частицах формируется с высокой степенью покрытия поверхности. Сформированное медное покрытие не содержит оксидов меди, что подтверждается рентгеноструктурными исследованиями и анализом спектра характеристического рентгеновского излучения. Композиты с металлическим наполнителем характеризуются влиянием меди на механические и реологические (MFR) свойства. Методы дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и термогравиметрии (ТГ) показывают определенное влияние металла на величину теплового воздействия и скорость потери массы.

Читайте также:

Ламинированные полы: с подложкой и без

Ключевые слова: полипропилен, полимерные отходы, металлизация, химическое восстановление, медь, металлонаполненный полимерный композит

1. Введение

Значительный интерес современной промышленности к использованию полимерных композиционных материалов обусловлен комплексом ценных свойств, характеризующих эти материалы. Во многих случаях они являются реальной альтернативой традиционным материалам, например при изготовлении изделий конструкционного назначения [1,2,3]. Более того, на их основе могут быть получены новые материалы специального назначения [4,5,6,7,8,9,10].

Широкому внедрению полимерных композиционных материалов в различные области науки и техники способствует и то, что технология их производства имеет практически неограниченные возможности изменения их свойств. Сочетание свойств как полимерной матрицы, так и наполнителя позволяет обеспечить новые материалы набором необходимых свойств, а также прогнозировать эти свойства на стадии получения материала [11,12,13,14,15,16,17,18,19,20, XNUMX].

При создании полимерных композиционных материалов специального назначения перспективно использование многотоннажных термопластов в качестве полимерной матрицы и металлических наполнителей. Такое сочетание позволяет получать материалы с требуемыми эксплуатационными, физико-механическими и физико-химическими свойствами, а также относительно низкой стоимостью. Кроме того, использование отходов и отходов производства в качестве полимерного сырья будет способствовать еще большему снижению себестоимости, а главное, решению ряда острых экологических и социально-экономических проблем. Это также расширит возможности их переработки и повторного использования в виде высокотехнологичных металлонаполненных полимерных композитов [21,22,23].

Металлонаполненные полимерные композиты могут быть использованы в качестве антифрикционных, теплопроводных, антистатических и экранирующих материалов [24,25], а также служить основой для создания высокоэффективных систем аккумулирования тепла, в которых за счет тепла фазовый переход позволяет аккумулировать значительное количество тепла и уменьшить недостаток обычных материалов с фазовым переходом — низкую теплопроводность [26,27,28,29,30]. Перспективны в этом отношении высококристаллические и многотоннажные полимеры, такие как полиэтилен, полипропилен, полиамид, полиэтилентерефталат и др.

В простейшем случае металлонаполненный полимерный композит состоит из металлических частиц, равномерно распределенных в полимерной матрице [31]. Основным недостатком этой системы является то, что при малых концентрациях наполнителя они остаются изолированными друг от друга и не вносят вклад в проводимость системы. Механические свойства системы резко ухудшаются при следующем повышении концентрации [32]. Таким образом, создание полимерных композитов, сочетающих в себе хорошие электропроводные (электрические и тепловые) и механические свойства, является сложной задачей и представляет значительный практический интерес.

Получение металлонаполненных композиционных материалов с высокими технологическими и эксплуатационными свойствами требует разработки альтернативных технологических решений их производства. Использована технология получения металлонаполненных полимерных композитов путем металлизации полимерного сырья с последующей его переработкой стандартными методами непосредственно в изделия [33,34,35,36]. В результате значительно облегчается процесс соединения компонентов и обеспечивается равномерное распределение металлического наполнителя в полимерной матрице. Данная технология является высокоэффективным, ресурсосберегающим технологическим процессом и характеризуется укороченным производственным циклом.

Технология основана на использовании механической активации поверхности полимера с целью придания ему каталитической активности перед осаждением металла в растворах химического восстановления. Использование такой технологии активации позволяет избежать основных недостатков классической технологии металлизации: большого количества предварительных операций по подготовке поверхности полимера для придания ей каталитической активности и использования опасных и дорогостоящих реагентов [37]. Процесс химической активации поверхности полимера упростился за счет одновременной обработки в шаровой мельнице полимерного материала порошкообразным металлическим активатором. В результате такой обработки активатор металла прочно закрепляется на поверхности полимера и придает поверхности полимера каталитическую активность, необходимую для формирования базового слоя металла в растворах химического восстановления [38]. Эффективность метода механоактивации определяется как минимум двумя факторами: сокращением количества технологических операций и уменьшением количества дорогостоящих и вредных химических реагентов.

Основными задачами, которые стоят перед исследователями при разработке новых технологических процессов, является установление основных факторов, влияющих на этот процесс. Информация о закономерностях процесса позволяет осуществлять его в контролируемых условиях, что гарантирует получение продукции требуемого качества с минимальными затратами ресурсов. Настоящее исследование направлено на установление закономерностей процесса меднения поверхности полимера и получения металлизированного полимерного сырья, что является первым этапом в разработке эффективной технологии получения металлонаполненных композитов. Информация о закономерностях формирования металлического слоя на поверхности полимера необходима для возможности выявления основных факторов, обеспечивающих протекание процесса в контролируемых условиях.

2. Экспериментальный

2.1. Материалы и получение металлизированного полимерного сырья

Для изучения особенностей металлизации и получения металлонаполненных композитов в качестве полимерной матрицы использовали два вида полипропилена (ПП): полипропилен марки Moplen HF501N (LyondellBasell, Хьюстон, Техас, США) и отходы полипропилена (рис. 1 а), которые получается в результате механической обработки панелей салона автомобиля. Эта обработка проводилась для обеспечения контролируемого разрушения панелей и выполнялась в Техническом университете Кошице (Кошице, Словакия) (рис. 1 б).

Лучший клей для склеивания полипропилена PP и полиэтилена PE

Склеивание пластмасс: основы

От нашей кухонной посуды до наших автомобилей, пластиковые изделия проникли во все аспекты нашей жизни и являются неотъемлемой частью нашей повседневной деятельности. Есть два пластика, которые снова и снова упоминаются как чрезвычайно трудно склеиваемые. Полипропилен (ПП) и полиэтилен (ПЭ) являются двумя «проблемными детьми» в клеевых соединениях во всем мире. В Gluegun.com мы гордимся тем, что являемся вашим гуру клея. Это означает, что у нас есть что-то для каждого применения — даже для PE и PP.

Что такое полипропилен и полиэтилен?

Полипропилен — также известный как ПП.

Учитывая его универсальность и выдающиеся характеристики, полипропилен кажется ошеломляющим набором продуктов, которые охватывают практически все отрасли и сферы интересов, которые только можно вообразить, и быстро становится предпочтительным материалом для современных производственных процессов.

Полипропилен представляет собой термопластичный полимер, используемый в самых разных областях. Полипропилен является вторым наиболее широко производимым товарным пластиком (после полиэтилена) и часто используется для упаковки и маркировки. Обязательно ознакомьтесь с нашим Полным руководством по склеиванию пластмасс и клея для пластмасс. Он особенно полезен в производстве из-за его особенно прочного и химически стойкого характера.

Полиэтилен — также известный как PE, HDPE или LDPE.

Полиэтилен представляет собой легкий прочный термопласт с переменной кристаллической структурой. Это один из самых широко производимых пластиков в мире. Полиэтилен считается «термопластом» и классифицируется таким образом из-за того, как он реагирует на тепло. Термопластичные материалы становятся жидкими при температуре плавления. Полезным свойством термопластов является то, что их можно нагревать до точки плавления, охлаждать и снова нагревать без существенной деградации. Вместо того, чтобы гореть, термопласты, такие как полиэтилен, сжижаются.

Где используются полипропилен и полиэтилен?

Некоторые из наиболее распространенных применений полипропилена и полиэтилена:

Гибкая и жесткая упаковка
Индустрия моды и спорта (например, большие сумки и спортивные сумки)
Медицинские применения
Потребительские товары
Автоматизированная индустрия

Таким образом, полипропилен и полиэтилен являются более экологичным пластиком, чем их аналоги. Он имеет множество структурных, химических и физических преимуществ, его производство стоит очень дешево, и его легко найти во многих аспектах повседневной жизни.

Почему полипропилен и полиэтилен так трудно склеить?

PP и PE известны тем, что их трудно склеивать из-за их низкой поверхностной энергии. Эта характеристика традиционно мешала клею смачивать поверхность и обеспечивать хорошее сцепление. Вместо этого клей скапливается на поверхностях, а не проникает в них.

Однако достижения в области химии клеев и методов подготовки поверхности сделали склеивание с полипропиленом более возможным, чем в прошлом. Например, некоторые поверхности могут быть предварительно обработаны такими методами, как обработка пламенем и плазмой. Кроме того, разрабатываются новые клеевые составы, которые могут приспосабливаться к низкой поверхностной энергии с подготовкой поверхности или без нее.

SuperTAC 500 — клей-расплав для сложных оснований

Для склеивания полипропилена и полиэтилена мы рекомендуем термоклей Infinity Bond SuperTAC 500. SuperTAC 500 специально разработан для склеивания полипропилена и представляет собой высокоэффективный клей, обладающий невероятной теплостойкостью, а также хорошо работающий при низких температурах. SuperTAC 500 отлично работает в таких производственных условиях, как автомобилестроение и текстильная промышленность, а также устраняет необходимость в какой-либо предварительной обработке, решая значительную проблему, часто связанную со склеиванием полипропилена.

SuperTAC 500 — отличное недорогое решение для склеивания таких сложных материалов, как полипропилен. Клеи-расплавы, такие как SuperTAC 500, обеспечивают прочное непостоянное соединение по доступной цене. Если вы ищете что-то более сильное, мы рекомендуем MMA 500.

MMA 500 — постоянные связки для полипропилена и полиэтилена

Infinity Bond MMA 500 — это постоянное решение для сложных оснований. MMA 500 — это уникальный двухкомпонентный клей, который склеивает сложные пластмассы, такие как полиэтилен (PE) и полипропилен (PP), лучше, чем что-либо на рынке. Infinity Bond MMA 500 представляет собой двухкомпонентный клей 1:1, для дозирования которого требуется картриджный пистолет и статический смеситель.

Как и большинство метакрилатных клеев для ММА, перед нанесением MMA 500 не требуется практически никакой подготовки поверхности. Он имеет открытое время 4-5 минут и создает прочную химическую адгезию даже к сложным пластикам.

Проверка на успех

Поскольку PP и PE очень сложны, мы всегда рекомендуем заранее протестировать клей на вашей основе. Производство может отличаться от продукта к продукту, успех будет зависеть от ваших субстратов и того, что вы ожидаете от склеивания. Заблаговременное тестирование клея будет лучшим решением для поиска наилучшего соединения для ваших нужд. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать, имеете ли вы право на бесплатный образец.

Мы здесь, чтобы помочь

Если вас интересуют преимущества полипропилена в плане долговечности и химической стойкости, и вы ищете лучший метод его склеивания, мы вам поможем. SuperTAC 500 обладает многими преимуществами благодаря своей способности связываться с прочным материалом, а также быстрому схватыванию, нетоксичности, не требует смешивания и, не забывайте, экономически эффективен! MMA 500 — лучший продукт, если вам нужно что-то более сильное. MMA 500 обеспечивает структурную связь даже с самыми прочными основаниями. Свяжитесь с нами сегодня с вопросами о вашем приложении или вашем следующем продукте. Мы с нетерпением ждем возможности изменить ваше отношение к полипропилену.