ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Некоторые особенности свойств смесей полимеров из "Многокомпонентные системы на основе полимеров" Механические свойства дисперсных систем, каковыми являются смеси полимеров, определяются следующими основными факторами 1) объемной долей дисперсной фазы 2) размером и формой частиц дисперсной фазы . 3) прочностью связи на межфазной границе раздела дисперсной фазы и дисперсионной среды 4) механическими свойствами фаз. [c.25] Содержание дисперсной фазы в смеси полимеров может составлять от 5 до 40% (об.). При изменении соотношения компонентов в смеси происходит обращение фаз, т. е. переход дисперсной фазы в непрерывную. Обращение фаз может наблюдаться как при равных соотношениях компонентов, так и при преобладании одного из них. При этом полимер, содержание которого в смеси меньше, также способен образовывать непрерывную фазу. Возможность обращения фаз зависит от вязкоупругости компонентов, условий смешения, в первую очередь его интенсивности, температуры. Обращение фаз имеет большое значение для формирования свойств смесей полимеров. Оно может вызывать резкое увеличение жесткости смеси в случае, когда дисперсной фазой служит стеклообразный полил1ер. [c.25] Размер частиц в смесях полимеров обычно составляет 0,1—5 мкм. Увеличение их размера, равно как и уменьшение. [c.25] При смешении полимеров образуются, как правило, анизометрические частицы. Низкое межфазное натяжение и высокая вязкость смесей благоприятствуют сохранению анизометрично-сти. Анизометричность частиц обусловливает анизотропию механических свойств [51]. Этот факт следует учитывать при использовании многокомпонентных полимерных систем в качестве конструкционных материалов. Для достижения оптимальных механических свойств полимерной смеси нужно, чтобы компоненты не были настолько несовместимы, чтобы они взаимно не смачивались, но и не настолько совместимы, чтобы при их взаимном смешении образовывалась гомогенная система. Однородные смеси по механическим свойствам, как правило, хуже двухфазных. На свойства двухфазных смесей существенно влияют интенсивность межфазного взаимодействия компонентов и механические свойства полимеров. Характер зависимости может быть различным (рис. 12). Наиболее простой из них является аддитивная зависимость. Кроме того, возможны отклонения от аддитивности в любую сторону. Если преследуется цель — повышение прочности, то чем выше отклоняется от аддитивной зависимости кривая состав — прочность (см. рис. 12, кривая 2), тем лучше результат, особенно в тех случаях, когда кривая проходит через максимум (кривая 1). При необходимости снижения вязкости желательно, чтобы кривая состав — вязкость (кривые 3, 4) располагались как можно ниже от аддитивной зависимости. [c.26] Статическая прочность. Кривая состав — свойство позволяет оценить свойства полимерной системы по сравнению с исходными полимерами, однако сама по себе не дает информации о совместимости компонентов и структуре смеси. В отдельных же случаях введение малых количеств одного стеклообразного полимера в другой дает улучшение прочности [52]. Добавление таких полимеров в каучуки приводит к увеличению статической прочности. Полагают, что микротрещины в деформируемой смеси, встречаясь с более прочными при данной температуре частицами стеклообразного полимера, либо перестают расти, либо огибают частицу. То и другое, в конечном счете, приводит к релаксации перенапряжений и прекращению разрушения материала. [c.26] Исследовано влияние природы различных ингредиентов (сшивающих агентов [55], наполнителей [56], пластификаторов) на статическую прочность смеси. По-видимому, статическая прочность смесей определяется не столько термодинамическими факторами, сколько природой вводимых добавок, условиями смешения и соотношением значений вязкости компонентов смеси (рис. 15). Во многих же случаях увеличение прочности с введением второй фазы вообще является результатом сложного и даже не всегда ясного влияния многочисленных и сложных факторов. [c.27] Динамйческая прочность. Поскольку полимерным конструкционным материалам в процессе эксплуатации довольно часто приходится испытывать циклические нагрузки, немаловажное значение имеют их усталостные свойства. Смеси некоторых пластмасс и смеси каучуков имеют повышенное сопротивление утомлению, получившее название эффекта взаимоусиления (рис. 16) [57]. Случаи снижения динамической прочности в смесях полимеров по сравнению с этими же параметрами для индивидуальных полимеров до настоящего времени не известны. Повышенное сопротивление утомлению любого полимерного материала обеспечивается высокой статической прочностью, низкими значениями механических потерь, высоким сопротивлением старению. Механизм увеличения динамической прочности не вполне изучен [58]. Поскольку полимерная двухфазная система характеризуется различием модулей фаз, вероятно, что при образовании трещины в фазе с меньшим модулем ее рост затормозится либо прекратится из-за релаксации перенапряжений при встрече с высокомодульной частицей. Если же микротрещина зародилась в фазе с более высоким модулем (дисперсионная среда), перенапряжения в ее вершине релаксируют при встрече с низкомодульной частицей [57]. [c.27] Более глубокое изучение механизма роста трещин в многофазных полимерных системах позволит уточнить механизм эффекта взаимоусиления, но пока наиболее приемлемым является сочетание рассмотренных выше механизмов. [c.28] Основываясь на экспериментальных данных, полагают, что ограниченная молекулярная совместимость компонентов в полимерных смесях повышает ударную прочность. Вероятно, достаточный уровень смешения требуется для эффективного межфазного взаимодействия, благодаря которому напряжение сначала передается на полимерную матрицу, что облегчает растрескивание, а после растрескивания нагрузка распределяется между матрицей и частицами каучука [62]. Тенденция к кавитации на межфазной границе, вероятно, превалирует над растрескиванием полимерной матрицы при слабом межфазном натяжении. При этом можно ожидать уменьшения энергии разрушения. Вообще распространение процесса разрушения в целом связано с меж-фазными явлениями в смеси. [c.29] Для многокомпонентных полимерных смесей выделены три типа процессов разрушения [4, с. 42 16, с. 74, 81] типичное хрупкое разрушение, проявление пластичности на стадии возникновения микротрешин, преимущественно пластическое разрушение. Характер разрушения образца полимерной смеси определяется способностью каучука к релаксации напряжений при заданных температуре и продолжительности эксперимента. [c.29] Уравнение ВЛФ позволяет предсказать релаксационные свойства несовместимых систем для температурных интервалов, включающих переход. Для полимерных систем с двумя релаксационными переходами для получения удовлетворительных результатов нужно применить уравнение ВЛФ отдельно к каждому переходу [4, с. 40 и сл.]. [c.30] Для систем ПВХ—СКН-40 переход из стеклообразного состояния в высокоэластическое очень напоминает таковой для сополимеров. В идеальном случае может быть достигнут и столь высокий уровень взаимодействия компонентов, когда наблюдается один очень широкий переход, который может охватить весь температурный интервал между температурами переходов гомополимеров. [c.32] Таканаяги с сотрудниками при изучении процессов стеклования смесей полимеров прибегли к теоретическим построениям, основанным на предположении об обобществлении свободного объема. Объем системы был разделен на ячейки, размер которых составлял несколько нанометров, что достаточно лишь для координированного движения цепей, связанного с переходом из стеклообразного состояния в высокоэластическое. Свободный объем для систем с хорошей совместимостью обобществлен в высокой степени, а оба полимера ведут себя как один с общим свободным объемом. При ограниченной совместимости компонентов полного обобществления свободного объема не наблюдается. Предполагается, что свободный объем f всех ячеек в смесях полимеров различен. Схема зависимости функции распределения доли свободного объема Р ) от / для систем с различной совместимостью компонентов показывает (рис. 22), что при достижении границы гетерогенности в 1—2 нм кривая f(f) стремится совместиться с кривой для смеси с совмещением компонентов на молекулярном уровне. [c.32] Эти уравнения позволяют предсказывать значения температур стеклования в широком интервале составов смеси. [c.33] Модели Такаянаги достаточно просты и удобны при изучении смесей полимеров. Однако зависимость механических свойств смеси от ее состава и структуры фаз можно оценить и с помощью ряда аналитических выражений. Наиболее часто для этого используют с некоторыми видоизменениями уравнение Кернера [63]. [c.33] Соотношение вязкости компонентов смеси можно регулировать изменением их молекулярной массы, введением пластификатора [63]. Способ получения смеси также влияет на ее реологию. Расплав смеси полимеров обладает повышенной эластичностью по сравнению с расплавами компонентов [64, 65], что, по-видимому, является результатом ориентации в направлении течения как сегментов макромолекул обеих фаз, так и самих частиц дисперсной фазы. [c.34] Оптические свойства. Двухфазные полимерные системы — это непрозрачные либо мутные материалы. Подбор компонентов с соответствующими показателями преломления позволяет придать прозрачность смесям полимеров. Равенство показателей преломления обеспечивает прозрачность смеси независимо от ее морфологии [66]. Если температурная зависимость показателя преломления обоих полимеров не одинакова, прозрачность смеси будет зависеть от температуры (рис. 23). [c.34] Остановимся кратко еще на некоторых особенностях многокомпонентных систем на основе полимеров. [c.35] Область метастабильного состояния в смесях полимеров может охватывать достаточно большой интервал концентраций и обычно характеризуется резким изменением механических свойств. [c.35] Вернуться к основной статье