Studium teplotní odolnosti termoplastů

Ing. Aleš Mizera

Doctoral thesis

Study of thermoplastic polymer temperature stability

Abstract:

Termoplasty nacházejí v technické praxi stále větší uplatnění. Jejich nespornou výhodou je nízká hmotnost, dobré mechanické vlastnosti, výborná chemická odolnost a nízké zpracovatelské teploty. K jejich velkým nevýhodám patří relativně nízká teplotní odolnost. Každé zlepšení této vlastnosti může výrazně rozšířit aplikační oblast termoplastů. Mezi metody umožňující zvýšení teplotní odolnosti patří různé způsoby modifikací, zejména pak síťování termoplastů. Disertační práce se zabývá vlivem radiačního síťování termoplastů na jejich teplotní odolnost. V práci je studován vliv dávky záření na teplotní odolnost radiačně síťovaných polymerů. Kromě toho je studován i vliv dávky záření na další vlastnosti, zejména pak vliv opakujícího se teplotního zatížení výrobků z radiačně síťovaných polymerů. Práce hledá závislosti mezi dávkou záření a vlastnostmi radiačně síťovaných polymerů, zejména z řad polyolefinů s cílem detailnějšího poznání mechanického chování a teplotní odolnosti vybraných typů termoplastů a rozšíření jejich aplikace v praxi. Zkušební tělesa nemodifikovaného a modifikovaného PE-LD i PE-HD (elektronovým) zářením v dávkách od 0 do 198 kGy stupňovanými po 33 kGy byla ohřívána po dobu jedné hodiny pod a nad teplotou tání původního matriálu. Mechanické, termomechanické, termické a strukturální zkoušky byly prováděny při pokojové teplotě (23 °C) po prvním a pátém cyklu ohřevu. Měřením byl potvrzen významný vliv radiačního síťování na zlepšení jak mechanických vlastností PE-LD a PE-HD, zejména při vysokých teplotách, tak zvýšení teplotní odolnosti PE-LD a PE-HD, která z velké míry závisí na síťové hustotě, která s rostoucí dávkou záření roste. Radiační síťování je významnou metodou modifikace termoplastů, kterou můžeme docílit požadovaných vlastností během poměrně krátké doby. Hlavní výhodou je, že proces probíhá až na finálním produktu. To vyžaduje další, zejména logistické náklady, které navyšují cenu finálního výrobku. Určení optimální dávky záření a následné změny v chování modifikovaných termoplastů jsou stěžejní součástí modifikace termoplastů radiačním síťováním.

Abstract:

The use of thermoplastic materials is constantly increasing in technical branches. Their indisputable advantage is low weight, good mechanical properties, excellent chemical resistance and low processing temperatures. Relatively low temperature stability belongs to its huge disadvantages. Any improvement of this property can considerably expand the application area of thermoplastic polymers. Among the ways allowing an increase in temperature stability there are various modification methods, above all cross-linking of thermoplastic polymers. The doctoral thesis deals with the influence of radiation cross-linking of thermoplastic materials on their temperature stability. The influence of irradiation dose on temperature stability of radiation cross-linked polymers is examined in this study. Moreover, there is a study of irradiation dose influence on other properties, mainly the influence of repeating temperature load on the products made of radiation cross-linked polymers. This study searches the dependencies between irradiation dose and the properties of radiation cross-linked polymers, especially from the group of polyolefins, with the aim of a more thorough understanding of their mechanical behaviour, temperature stability of selected thermoplastic polymer types and expanding their application in practice. Testing specimens of non-modified and modified PE-LD, PE-HD by Beta (electron) ray in dosage from 0 to 198 kGy with step of 33 kGy were heated for one hour below and above the melting temperature of original material. Mechanical, thermomechanical, thermal and structural tests were performed at ambient temperature (23 °C) after the first and the fifth heating cycle. According to measuring there was confirmed considerable influence of radiation cross-linking on improvement of PE-LD and PE-HD mechanical properties (especially at elevated temperature), as well as increasing temperature stability of PE-LD and PE-HD. Temperature stability depends mostly on cross-linking density, which is rising with increasing dose of radiation. Radiation cross-linking is an important method of thermoplastic modification, therewith we can achieve required properties during very short time. The main advantage is that this process takes place on a final product. This requires another, mainly logistics expenses, which increase price of the final product. Determination of an optimal radiation dose and subsequent changes in behaviour of modified thermoplastics is crucial part of thermoplastic modification by radiation cross-linking.

Keywords

Teplotní odolnost, polymery, radiační síťování.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 7. 2015

Accessible from:: 16. 7. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 7. 9. 2015
• Supervisor: doc. Ing. Miroslav Maňas, CSc.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Process Engineering / Tools and Processes