Автореферат (1090113), страница 4
Текст из файла (страница 4)
% ПЭНП (2) и СЭВА (3) оттемпературы12Температурные зависимости ударной вязкости смесей, как и в случае ПК, имеют S–образную форму (рис. 2б) и образуют 3 характерные зоны: 1 - область хрупкого разрушения, 2 переходная область, 3 - область пластического разрушения.Для ПК снижение ауд начинается при – 75оС, что вызвано переходом от пластического кхрупкому разрушению. Этот переход соответствует максимуму диэлектрических потерь иотвечает β – релаксации в ПК, обусловленной подвижностью карбонатных групп в основной цепиполимера (рис.
2). Введение в ПК 5 масс. % полимера-модификатора приводит к резкомувозрастанию ауд в 2 раза по сравнению с матрицей и расширению зоны 2. В области температурниже -50оС ударная вязкость ПК и смеси ПК + ПЭНП монотонно снижается, однако значение а уддля смеси остается выше ПК во всем температурном интервале. Установленная корреляциятемператур перехода от хрупкого разрушения к пластическому и ударной прочности смесей ПК +полиолефины с температурами пиков α и β - релаксации в низкотемпературной области позволяетнаправленно выбирать модификаторы и прогнозировать составы ударопрочных пластиков свысокими значениями ударной вязкости.Высокие значения ударной вязкости смесиПК + 5 масс.
% ПЭНП при низких температурахсвязанынетолькосгетерогенностьюирелаксационными переходами, но и с особенностямиформирования границы раздела фаз.Для смесей аморфных и кристаллизующихсяполимеровсразличающимисятемпературамистеклования (для ПК – Тст = 150оС) и кристаллизацииРис. 3 - Микроструктура смеси ПК +5 масс. % ПЭНП с отрывом дисперсныхчастиц от матрицы ПК(для ПЭНП – Ткр = 98оС) при охлаждении расплава всмеси вначале происходит процесс стеклования фазыПК, а затем в твердой фазе ПК кристаллизуется иусаживается фаза ПЭНП.
В результате усадочные напряжения способствуют отрыву фазы ПЭ отПК на границе раздела с образованием поры (рис. 3).В порах матрицы ПК расположены частицы ПЭНП с широким распределением частиц поразмеру (0,2 – 9,6 мкм), диаметр пор ~ 0,1 – 3,0 мкм. Наличие пустот на границе раздела фаз ПК +ПЭНПфактическиявляетсякавитационнымиразрывамисплошности,скоторымивзаимодействует растущая трещина при ударном разрушении образцов. Причем наличие пор вматериале практически не влияет на физико-механические характеристики смеси ПК + ПЭНП.Расположение пор в структуре материала совпадает с дисперсными частицами фазы ПЭНП ирастущая трещина взаимодействует как с дисперсной частицей, так и порой.
Это приводит костановке роста трещины и, как следствие, повышению ударной вязкости смесей полимеров сразличающимися температурами стеклования и кристаллизации в 2 раза. Наличие пустот и слабая13адгезия на границе раздела фаз подтверждается и тем, что для смеси ПК + 5% масс. ПЭНП усадкапосле термообработки в 6 раз выше по сравнению с ПК, а коэффициент ослабления прочностиспая в 1,5-1,8 раза превышает значения для ПК.Такой механизм разрушения не зависит от температуры испытания и высокая ударнаявязкость смеси ПК+ПЭ сохраняется до низких температур (до -150оС).Для смеси ПК + 5 масс.
% СЭВА выше 0оС наблюдается пластическое разрушение иударная вязкость практически одинакова со смесью ПК + 5 масс. % ПЭНП и составляет 40 кДж/м2(рис.2б). Снижение температуры до -50оС приводит к падению ударной вязкости для смеси ПК +5 масс. % СЭВА до ~ 20 кДж/м2 и по значению она сравнивается с ПК. В области хрупкогоразрушения при -120оС ауд для смеси ПК + СЭВА снижается до 5-8кДж/м2. Отметим, чтопротяженность переходной области (от хрупкого к пластическому разрушению) и скоростьснижения ударной вязкости в переходной области для смесей ПК с ПЭНП (от -50 до -120оС) иСЭВА (от 0 до -120оС) значительно больше, чем для ПК (от -75 до -120оС).В смеси ПК + СЭВА отрыва дисперсной фазы от матрицы ПК при охлаждении ненаблюдается.Таким образом, температуры переходов от хрупкого разрушения к пластическому длякомпозиций ПК + 5 масс.
% ПО, определяются макромолекулярной подвижностью, наличием α иβ – пиков релаксации в низкотемпературной области, а также формированием слабой границыраздела фаз, отслаиванием частиц от матрицы с образованием пористой структуры.Композиция ПК + 5 масс. % ПЭНП является наиболее ударостойкой в широком диапазонетемператур.
Однако слабое адгезионное взаимодействие на границе раздела фаз приводит красслаиванию компонентов смеси в условиях воздействия больших скоростей и напряженийсдвига, реализующихся при литье тонкостенных изделий, и к снижению прочности спая потоковрасплава при литье изделий сложной конфигурации. Применение таких композиций, несмотря навысокую ударную вязкость, весьма ограничено.Для проверки гипотезы о влиянии на ударную вязкость смесей ПК + ПО интенсивностивзаимодействия компонентов на границе раздела фаз были проведены исследования по изучениюсмесей ПК с модификаторами различной химической природы (ПЭ с привитой метакриловой илиакриловой кислотой, в т.ч. нейтрализованной ионами Zn++, «ядро-оболочка» МБА-ГК,триблоксополимер стирола-бутадиена-стирола СБС). Для смесей ПК+МБА-ГК не характерноналичие пор и четкой межфазной границы: межфазная граница диффузионно размыта (рис.
4).14Рис. 4 - Микрофотографии поверхности скола образца из смеси ПК + 5 масс. % МБА-ГК («ядро 75% бутилакрилатный каучук / оболочка - 25% полиметилметакрилат»)Установлено, что для смесей ПК с полиэтиленом с привитой метакриловой кислотой,нейтрализованной ионами Zn++, сополимером этилена с этилакрилатом, модификатором ударатипа «ядро-оболочка» МБА-ГК коэффициент прочности спая равен К = 1,02 (для ПК = 1,01; длясмеси ПК+ПЭНП – 1,5-1,8; в зависимости от способа получения), а усадка после термообработкизначительно снижается. Эти данные косвенно подтверждают повышение межфазной адгезии всмесях.Введение 5 масс.
% модификатора МБА-ГК – типа ядро-оболочка и сополимера СБСпозволило достичь ударной вязкости при 20оС – 50 кДж/м2. При низких температурах (-40°С) ауддля всех полученных смесей практически снижается до значения характерного для ПК (20-25кДж/м2) и только для композиций, содержащих в качестве модификатора сополимер этилена сметакриловой кислотой, нейтрализованной Zn++, она сохраняется на уровне 80-90% от значений,полученных при 20оС.Следует отметить, что наличие гетерогенности и разрыхленной границы раздела фаз всмеси термодинамически несовместимых полимеров приводит к возрастанию скоростирелаксационных процессов и, как следствие, приводит к повышению стойкости смесей крастрескиванию по сравнению с ПК.Полученные экспериментальные данные и сформулированные требования к выборумодификаторов удара для ПК позволяют расширить гамму полимеров-модификаторов, при этомпоявляется возможность дальнейшего усложнения многоуровневой организации структурыударопрочных пластиков.Ударопрочные материалы на основе смесей ПК + АБС разного химического строения(ограниченно совместимые компоненты).Смеси ПК с привитым сополимером акрилонитрила, бутадиена и стирола представляютсобой более сложную многокомпонентную систему, включающую матрицу ПК, сополимерстирола с акрилонитрилом, САН привитый на полибутадиен или полибутадиенстирол, чтопозволяет регулировать свойства таких систем.Проведены комплексные исследования по изучению морфологии фазовой структурысмесей ПК + АБС разного состава и ее изменению при разных временах и температурах отжига.15Дисперсная структура характеризуется наличием нескольких фаз, что связано соструктурой АБС.
Каждая фаза имеет четко выраженную границу раздела и можно предполагать,что все компоненты несовместимы, однако расслоения по границе раздела фаз ПК – АБС ненаблюдается (рис. 5).Рис. 5 - Микрофотографии поверхности разрушения литьевого образца смеси ПК + 20 масс. %АБС 2020-30 (а - при увеличении х7500) и тонкого среза (б - при увеличении х1500)Характер адгезионного взаимодействия на границе раздела фаз в смеси оцениваликосвенным методом по величине ослабления прочности спая в литьевых изделиях. Полученныерезультаты согласуются со структурой граничных слоев композиций ПК с модификаторамиудара.Так,смесиПК+АБС,имеющиеструктуру сразмытоймежфазнойграницей,характеризуются меньшим коэффициентом ослабления прочности спая (К = 1,05 - 1,27) посравнению со смесью ПК + 5 масс. % ПЭНП (К = 1,5 - 1,8).Максимальная ударная вязкость для дисперсных смесей ПК+ АБС достигается присодержании 20 масс.
% полимера-модификатора (рис. 6а). Переход структуры ПК + АБС сувеличением содержания АБС более 40 масс. % от дисперсной к взаимопроникающей приводит кснижению ударной вязкости, изменению характера прорастания магистральной трещины иразрушения материала при ударных нагрузках. Независимо от типа образца и надреза, а такжетемпературы испытания, зависимость ударной вязкости ПК + АБС от содержания АБС имеетэкстремум в области 20 масс. %.аб16Рис.
6 – Зависимость: а) ударной вязкости по Шарпи для системы ПК+АБС при температуре 20 оС(1-3)и -40оС (4) при разной форме надреза: литьевой (1), V- надрез (2, 4), прямоугольный (3) иб) предела текучести при растяжении σт (1), относительного удлинения при разрыве εр (2) итеплостойкости по Вика (3) от содержания АБС 2020-30Введение АБС приводит к снижению комплекса физико-механических свойств итеплоcтойкости (рис. 6б), согласно аддитивному закону, за исключением ударной вязкости.Расчеты показывают, что при содержании 20 масс.
% АБС значения обобщенных параметровструктуры смеси ПК + 20 масс. % АБС (аср ≈ 2-4 мкм, аср /d ≈ 0,6-0,8 и Θ ≈ 0,61 об. д.) согласуютсяс данными, ранее полученными для ударопрочных пластиков (УПС) с оптимальным содержаниемполимера-модификатора для систем с ограниченной совместимостью компонентов. Полученныеударопрочные материалы ПК+ АБС относятся к средненаполненным системам. Для этих системтеория кавитационного разрушения ударопрочных смесей полимеров не работает, по-видимому,механизм разрушения связан с зарождением и прорастанием крейз, а также появлением полоссдвига.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
