Диссертация (1090114), страница 14
Текст из файла (страница 14)
% [91].В этой области концентраций при смешении формируется гетерогеннаягетерофазная дисперсная структура и практически не снижаются основныетехнологические и физико-механические характеристики материалов.Методомэлектроннойсканирующеймикроскопиипроведенанализморфологии структуры композиций ПК с 5 масс.
% полимеров-модификаторовразличной природы.а)aб)babРис. 2.10 - Микрофотографии структуры образца бинарной смеси ПК + 5 масс. %ПЭНП (х 5000); а - сканирующая микроскопия; б - просвечивающая микроскопияНа микрофотографии поверхности скола поперечного сечения литьевого7272образца из композиции на основе ПК + 5 масс. % ПЭНП (рис.
2.10) видно, чтоПЭНП диспергируется в форме анизометричных капель в непрерывной матрицеПК, с четкой границей раздела фаз. Полученная бинарная смесь ПК + ПЭНПявляется термодинамически несовместимой, гетерогенной дисперсной системой с88четко выраженной границей раздела фаз. Увеличение времени смешения до60 мин и повышение температуры расплава до 280оС не приводит к изменениюразмера дисперсных частиц и границы раздела фаз.Введение в ПК термодинамически несовместимого ПЭНП и формированиегетерогеннойгетерофазнойдисперснойструктурысистемыприводиткнезначительному снижению комплекса физико-механических характеристик,однако ударная вязкость возрастает в ~ 2 раза с 20 до 43 кДж/м2, причемзависимость ударной вязкости от содержания ПЭНП проходит через максимумпри 5 масс.
%.Увеличение содержания полимера-модификатора более 10 об. % приводит кобразованию взаимопроникающей структуры с непрерывными фазами ПК иПЭНП, расслаиванию композиции, снижению физико-механических свойств,включая и ударную вязкость. Свойства композиций на основе ПК + ПЭНП взависимости от содержания дисперсной фазы полимера-модификатора приведеныв таблице 2.6.Таким образом, установлено, что взаимопроникающая структура в смесяхтермодинамически несовместимых полимеров (ПК + ПЭНП) не обеспечиваетповышения ударной прочности и высоких физико-механических свойствполимерных материалов на основе ПК.Таблица 2.6 - Свойства композиций на основе ПК + ПЭНП при разномсодержании дисперсной фазы полимера-модификатораХарактеристикаПредел текучести при растяжении, МПаРазрушающее напряжение при растяжении, МПаОтносительное удлинение при разрыве, %Ударная вязкость по Шарпи с прямоугольнымнадрезом, кДж/м2 (образец 50х6х4мм)Усадка после термобработки, %**Примечание: *образцы расслаиваются;** Температура нагрева 190°С, время – 2 ч062,558,595Содержание ПЭНП, масс.
%3571053,555,052,055,051,549,043,0858580628274335*33*1,53,56,38,711В работах Кулезнева В.Н. и Мирошникова Ю.П. [12-13, 24-25] установлено,что фазовую структуру, размер частиц дисперсной фазы можно регулировать89изменением соотношения вязкостей полимера матрицы и дисперсной средыηПЭ/ηПК, что оказывает влияние на технологические и физико-механическиесвойства композиций ПК + ПЭНП.При изучении влияния вязкости расплава дисперсной фазы на механическиесвойства композиций использовали ПЭНП разных марок с вязкостью расплавапри Т=280оС от 0,56х103 до 11,5х103 Па·с и полимерную матрицу ПК с вязкостьюрасплава 1,85х103 Па·с.Втаблицекомпозиций,2.7приведеныпараметрытехнологическиеструктурыипараметрырезультатыполученияфизико-механическихиспытаний дисперсных систем ПК + 5 масс.
% ПЭНП с разным соотношениемвязкостей исходных компонентов.Таблица 2.7 - Физико-механические характеристики смесей на основе ПК сразным соотношением вязкостей исходных компонентовПЭНПмарки15803-020ПЭНПмарки10803-020ПЭНПмарки10214-003(трубная)ВМПЭЛуполен(ФРГ)Температура расплава в головке, оС270270270270Число оборотов шнека, об/минНагрузка на шнек, %Вязкость расплава при 280оС х 103Па·с (=10 c-1)Соотношение вязкостей фаз ηПЭ/ηПК150700,560,30150800,780,42150802,21,21208011,56,8Средний размер частиц, мкм1-100,2-9,55-105-12Предел текучести при растяжении, МПа54,554,655,354,4Разрушающее напряжение при разрыве, МПа51,049,055,047,08483100654,02,63,313,152535151ХарактеристикаОтносительное удлинение при разрыве, %Коэффициент вариации* для относительногоудлинения при разрыве, %Ударная вязкость по Шарпи с надрезом, кДж/м(образец бр.50х6х4 мм) литьевой надрезКак видно из данных табл.
2.7 физико-механические свойства смесей ПК +5 масс. % ПЭНП практически не зависят вязкости расплава ПЭНП и соотношениявязкостей при ηПЭНП / ηПК, т.е. при вязкости расплава дисперсной фазы ПЭНПменьшей или близкой к вязкости расплава полимерной матрицы ПК. Однако90увеличение вязкости дисперсной фазы ПЭНП приводит к значительномуснижению относительного удлинения при разрыве и к увеличению разброса этогопоказателя для смеси ПК + 5 масс. % ПЭНП.Отношения ηПЭ/ηПК практически не оказывает влияния на средний размерчастиц дисперсной фазы ПЭНП в ПК и составляет 0,2 -12 мкм и не влияет назначение ударной вязкости с литьевым надрезом систем – 51-53 кДж/м2.Следует отметить, что для систем с более высокой вязкостью дисперснойфазы по отношению к вязкости полимерной матрицы способ предварительногосмешениякомпонентовсмесиоказываетбольшоевлияние.Наилучшиерезультаты были получены при введении в ПК полимеров-модификаторов в видеконцентратов, полученных методом упруго-деформационного соизмельчения(табл.
2.8), причем ударная вязкость с острым надрезом возрастает до 46 кДж/м2при содержании 50 масс. % ПЭНП в концентрате.Таблица 2.8 - Характеристики ударопрочных ПК композиций с концентратамиПЭНП (содержание ПЭНП в смеси с ПК 5 масс. %)ХарактеристикаПТР (Т=280 оС, Р=2,16 кгс), г/10 минПредел текучести при растяжении, МПаРазрушающее напряжение при растяжении, МПаОтносительное удлинение при разрыве, %Ударная вязкость по Шарпи с V-надрезом,кДж/м2литьевой надрез(образец 50х6х4 мм)V– надрез (образец 80х10х4)при температуре +20 оСпри температуре -40оСУсадка после термообработки*,%* Температура нагрева 190°С, время – 2 чСодержание ПЭНП в концентрате, масс.
%1007550258,47,37,57,754,553,555,055,050,045,052,551,095901001004848625441376,342374,046413,240353,5При сравнении морфологии поверхности скола смеси ПК + 5 масс. %ПЭНП, полученной по традиционной технологии, и смеси с использованиемпредварительно полученного концентрата установлено изменение структурныхпараметров смеси: значительно уменьшился как размер частиц ПЭ, так и размерпор. Данный эффект подтверждается существенным снижением усадки при91нагреве, при этом, как видно из таблицы 2.8, оптимальным комплексом свойствхарактеризуется смесь с концентратом 50 % ПК + 50 % ПЭНП.Полученная в технологическом процессе дисперсная фазовая макро- имикроструктура на основе смесей ПК + ПЭНП обеспечивает ударопрочныхматериалам высокую ударную прочность (до 46 кДж/м2).Аналогичные комплексные исследования были проведены для смесей наоснове ПК с сополимерами этилена с винилацетатом, пропиленом, бутеном,этилакрилатом,акриловойнейтрализованнойZn++,иметакриловоймалеиновымкислотой,ангидридом.втомУстановлено,числечтовсеизученные системы термодинамически несовместимы, образуют гетерогеннуюгетерофазную структуру с размером частиц дисперсной фазы 1-10 мкм и имеютвысокое значение ударной вязкости при комнатной температуре (табл.
2.9).Таблица2.9-Технологическиеифизико-механическиехарактеристикиударопрочных смесей на основе ПК + полиолефиныПКПК +5масс.%ПЭНПс метакриловойкислотой,нейтрализованнойZn++с этилакрилатомс винилацетатомс пропиленомс бутеном-1Модификатор – сополимерэтилена (5 масс. %)Предел текучести, при растяжении, МПаПрочность при разрыве, Мпа656555-6053-556657,561,364,454,55154,547,55551,5Относительное удлинение при разрыве, %10090-10090110956060Ударная вязкость по Шарпи*, кДж/м²20°С- 40°С202040-4738-45353449304424372841321,011,5-1,81,021,021,20--ПоказательКоэффициент ослабления прочности спая6,173,042,749,73Примечание *V-образный надрез; ** Температура нагрева 190 °С, время – 2 ч.Усадка после термообработки**, %1,50-Из данных таблицы 2.9 следует, что при сохранении физико-механическиххарактеристикпрактическинауровнеПК,композициинезависимоотхимического строения используемого полимера - модификатора имеют ударную92вязкость по Шарпи (аn) при 20°С в 2-2,5 раза выше, чем у исходного ПК, а принизких температурах (-40°С) ауд для всех полученных смесей, за исключениемПЭНП и ПЭВП, снижается практически до значения, характерного для ПК.Для композиции, содержащей в качестве модификатора 5 масс.
% ПЭНП,модифицированного метакриловой кислотой, нейтрализованной Zn++, ударнаявязкость при -40оС сохраняется на уровне 80-90% от значений, полученных при20оС.Создание ударопрочных композиций на основе ПК с использованиемполимеров-модификаторов, характеризующихся наличием пиков α - релаксации внизкотемпературной области, позволяет в широком интервале регулироватьударную вязкость полимерных материалов (табл.
2.9).Рис. 2.11 - Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь ПК (1), СЭВА (4),смесей на основе ПК с 5 масс. % ПЭНП (2) и СЭВА (3) от температуры [91-92]Исходя из анализа механизмов разрушения полимерных материалов приударе и представления о связи ауд с локальной групповой подвижностью восновной цепи полимера для композиций на основе ПК + 5 масс. % ПЭНП и5 масс. % СЭВА были исследованы релаксационные свойства динамическимимеханическими и диэлектрическими методами (рис.
2.11).Внизкотемпературнойобластирелаксационногоспектрадлятермодинамически несовместимых полимеров присутствуют 2 пика: пик βрелаксации для полимерной матрицы ПК при -75оС и α- релаксации93модификатора ударной прочности - ПЭНП при -100оС и СЭВА при -20оС.Характерно, что в области высоких температур пики α - релаксации длямодифицированных композиций определяются только полимерной матрицей ПК(пик при 152оС).Приведенные релаксационные спектры доказывают наличие гетерогенностии гетерофазности в полученных смесевых композициях на основе ПК ивыбранных модификаторов (наличие двух низкотемпературных максимумов,отвечающих релаксационным переходам каждой фазы).Температура, высота и площадь под кривой низкотемпературных пиков α –и β – релаксации определяет область хрупкого и пластического разрушенияполимерных материалов на основе смесей полимеров.Сцельюопределениятемпературногопереходаотпластическогоразрушения к хрупкому при введении 5 масс.
% полимеров-модификаторов в ПКбыли проведены испытания на ударную вязкость материалов на основе смесей ПК+ ПЭНП и ПК + СЭВА в широком диапазоне температур (рис. 2.12).Рис. 2.12 - Зависимость ударной вязкости по Шарпи с V- надрезом ПК (1), ПЭНП(4) и смесей ПК + 5 масс. % ПЭНП (2) и ПК + 5 масс. % СЭВА (3) на основе ПКот температуры [91-92]Для ПК характерна широкая область, в которой ауд не зависит оттемпературы. Снижение ауд начинается при – 75оС и вызвано переходом отпластического к хрупкому разрушению. Этот переход соответствует максимуму94диэлектрических потерь и отвечает β – релаксации в ПК, обусловленнойподвижностью карбонатных групп в основной цепи полимера (рис. 2.12).Выбранные в качестве модификатора удара полиолефины имеют хорошоразрешимые максимумы при низких температурах, отвечающие α - переходу.Поэтому введение в ПК 5 масс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
