Неорганическая модификация экструзионно-выдувных изделий из полиэтилена

При переработке полых пластиковых изделий в нужном количестве добавляют различные неорганические наполнители: одни повышают жёсткость и твёрдость изделий, другие снижают стоимость сырья.

Во-первых, снижение стоимости материала.

В последние годы наполнение и модификация на китайских предприятиях по переработке полых изделий в целом находятся на невысоком техническом уровне: себестоимость сильно снижается, но качество падает ещё сильнее и не отвечает требованиям потребителей. Вероятно, это следствие недостаточного изучения материалов, изделий и соотношения цены и качества.

На сегодня в наполнении и модификации HDPE остаётся много возможностей. Большинство производителей используют наполненный суперконцентрат на основе карбоната кальция, смешивая его в определённой пропорции. Поскольку носителем такого суперконцентрата обычно служит низкомолекулярный полиэтилен, при большом его количестве сильно падает прочность расплава, а с ней и качество: снижается ударная прочность, появляется разнотолщинность, возникают трудноразрешимые производственные проблемы. Кроме того, сам карбонат кальция — аморфное вещество, не повышающее механическую прочность пластика.

Как увеличить долю недорогого наполненного суперконцентрата, не ухудшив сильно комплекс механических свойств изделия? Решения можно искать в следующих направлениях.

1 Использовать в качестве основы суперконцентрата ультратонкий карбонат кальция: чем мельче порошок, тем лучше он диспергируется в пластике и тем выше свойства материала. Но с ростом тонкости растёт и стоимость порошка, что невыгодно для изделий, где главная цель — снижение затрат.

2 Улучшить рецептуру базового материала. Суперконцентрат карбоната кальция при производстве смазывают большим количеством низкомолекулярных восков, что снижает температуру плавления. Его добавление повышает общий показатель текучести расплава, из-за чего падает прочность расплава и появляется разнотолщинность при раздуве. В таком случае общий показатель текучести можно скорректировать через базовый материал: добавление доли HDPE с более низким показателем текучести эффективно исправляет ситуацию. Поскольку цены на сырьё с разной молекулярной массой близки, это повышает качество и снижает затраты.

3 Одновременно с улучшением рецептуры добавлять небольшое количество привитого полиэтилена или полярных сополимеров этилена, например EVA, EAA и т. п. Это улучшает совместимость суперконцентрата; в сочетании с пунктом 2 по мере увеличения доли привитого полиэтилена и полярного сополимера значительно растут прочность расплава, механические свойства и особенно ударная вязкость материала.

Улучшение свойств

Для полых изделий из полиэтилена обычно важны два показателя: стойкость к падению и стойкость к сжатию. Первый отражает базовую эксплуатационную пригодность и определяется вязкостью и прочностью материала; второй определяет высоту штабелирования и зависит от жёсткости. Улучшение полых изделий из HDPE обычно начинается с этих двух аспектов.

1 Повышение жёсткости — то есть прочности и модуля при изгибе — важная задача неорганической модификации. Пластинчатые неорганические вещества — слюда, тальк, наномонтмориллонит — заметно улучшают эти свойства. Поскольку вводить порошок напрямую сложно, многие производители используют суперконцентраты, но такие суперконцентраты нельзя насыщать низкомолекулярными восками, как карбонатные, иначе это повредит изделию и при росте жёсткости снизит прочность.

2 Ударную вязкость повышают в основном добавлением каучуков, например SBS, а также LDPE или LLDPE. Но SBS ухудшает химическую стойкость, а эффект от LDPE и LLDPE невелик. Сейчас в Китае популярен неорганический способ: например, добавление 4% по массе наномонтмориллонита n-02 повышает ударную вязкость примерно на 5%. Применяется и тройное смешение, сочетающее неорганическое и органическое упрочнение, — например, суперконцентрат наномонтмориллонита n-30, содержащий и наномонтмориллонит, и металлоценовый полиэтилен, — что позволяет идеально совместить повышение вязкости и армирование и ещё больше улучшить свойства полых изделий из HDPE.