Диссертация (1090114), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Образование гетерогенной гетерофазной структуры с границей разделафаз и разными коэффициентами преломления в этом случае приводит к эффектусветорассеивания.250Так, компания Ampacet (Швейцария) разработала специальные концентратына основе ПК или ПММА, содержащие парафиновую добавку рассеивающую светв полимерных пленках и листах [264].Важным условием достижения этого эффекта является образование новойфазы в полимере в виде дисперсных частиц заданных размеров, достаточноравномерно распределенных по объему материала при смешении. Предпочтениеследует отдать низкомолекулярным органическим кристаллизующимся добавкам,которые при кристаллизации выделяются в полимерной массе виде дисперсныхчастиц (кристаллитов) рассеивающих свет.Низкомолекулярные органические добавки (НОД) в зависимости отхимической природы и степени совместимости с полимерной матрицей могуттакже быть пластификаторами, внутренней или внешней смазкой, а также ПАВ имодификатором поверхности для неорганического наполнителя, улучшающимпроцесс смешения, диспергирования и распределение частиц в полимернойматрице.
Термодинамическая несовместимость и низкая вязкость НОД улучшаетпереработку ПКМ и приводит к изменению механизма течения высоковязкихрасплавов от объемного к пробковому течению с элементами проскальзывания,уменьшениемтрениямеждуполимернымрасплавомиметаллическойповерхностью оборудования для переработки.НОД смазки, такие как жирные кислоты, углеводороды (парафины), мыла,сложные эфиры и другие, при течении расплавов полимеров выходят на границураздела расплав-металл в зону больших напряжений сдвига [29, 181, 265] ипрепятствуют адгезии полимера к перерабатывающему оборудованию. Однакоадгезия к стенкам перерабатывающего оборудования (материального цилиндраэкструдера, валкам каландра) играет важную роль при транспортировке исмешении расплава полимера в процессе переработки.
Содержание внешнихсмазок (несовместимые добавки) в полимерных материалах, как правило, непревышает 0,05 - 1,5 % [266]. Внутренние смазки (ограничено совместимыедобавки) регулируют процессы пластикации и скорости потоков при смешении иих содержание может достигать 5-15%. Низкомолекулярные органические251добавкимогутпроявлятьэффектповерхностноактивныхвеществиспособствовать диспергированию твердых наполнителей.Кристаллизующиеся ПЭ воска являются внешними смазками, улучшаютперерабатываемость полимеров и по показателю преломления практическиудовлетворяют требованиям, предъявляемым к рассеивающим добавкам.Термодинамическая несовместимость и кристаллизация ведет к выделениюдисперсной фазы ПЭ воска в полимере и формированию дисперсной структуры,способной рассеивать свет.В научно-технической литературе практически отсутствуют данные отермодинамической совместимости ПЭ восков с ПК, фазовых диаграммах иоптических характеристиках и светорассеивающим свойствам ПКМ с ПЭвосками, однако теоретические предпосылки указывают на возможностьполучения светорассеивающих полимерных материалов на основе оптическипрозрачной полимерной матрицы и низкомолекулярных добавок.Технология смешения и структурообразования для получения ПКМ срегулируемыми оптическими характеристиками.Дисперсные частицы наполнителей с разным показателем преломления приопределенной концентрации в ПКМ могут обеспечивать светорассеивание, чтоопределяется обобщенными параметрами структуры и ее формированием втехнологических процессах получения и переработки полимерных материалов.Важнымфакторомвэтомслучаеявляетсятехнологиясмешения,диспергирования и формирование гетерогенной гетерофазной структуры вготовомизделии,котораяопределяетсякаксоставомматериалаитехнологическими характеристиками исходных компонентов и параметрамипроцесса смешения, так и силоскоростными и температурно-временнымипараметрами процессов переработки ПКМ в изделия.Одним из основных требований, предъявляемых к полимерной композиции– высокая однородность всех ее физических и химических характеристик, что252достигается за счет равномерного распределения вводимых ингредиентов вобъеме полимерного материала.Если принять λ = 550 нм, nЧ = 2,7 (диоксид титана), n П = 1,58 (ПК), тооптимальный размер частиц для диоксида титана, рассчитанный по уравнениюВебера, составит ~ 235 нм.
Наполнитель с указанным средним размером частицбудет хорошо рассеивать свет, однако получить смешением равномернуюдисперсию с размером частиц менее 1,0-5,0 мкм в полимерном материалепредставляет непростую технологическую задачу.В представленной технологии рассматриваются вопросы, связанные сполучением смесей полимерных материалов с неорганическими и органическиминаполнителями, содержание которых в композициях обычно не превышает5 об. %.При диспергировании наполнителей в расплаве полимера выделяют трипроцесса: измельчение (диспергирование), смачивание поверхности частицрасплавом и равномерное распределение частиц в объеме.Диспергирование наполнителей в полимерном материале проводят за счетвоздействия переменных силоскоростных параметров сдвига. Усилие сдвиганеобходимое для диспергирования агломерированных частиц наполнителявозникают в расплаве полимерного материала при его деформировании (течении,движении) [42].Силы вязкого трения, приложенные к поверхности частиц, должны бытьдостаточно велики, чтобы преодолеть силы взаимодействия частиц.
Частицыдолжныбытьудаленыдруготдруганарасстояние,превышающеехарактеристическое расстояние, на котором действую силы взаимодействиячастиц. Если этого не происходит, то силы, приводящие к разделению агломератав результате его вращения в поле напряжений, уменьшаются, и частицы вновьсоединяться друг с другом.Для определения сил действующих на частицы можно воспользоватьсяуравнением, описывающим траекторию движения частиц при разрушенииагломератов [42]. Анализ данных по смешению указывает на необходимость253периодического изменения направления потока для изменения ориентацииагрегатов наполнителей с целью их разрушения, а высокие напряжения сдвигапроще достигаются в смесителях периодического действия.Для осуществления наиболее эффективного непрерывного процессасмешения используют разнообразные смесители, специальная конструкциякоторых обеспечивает сложную траекторию движения потока расплавовполимеров.
Кроме того, на прохождение процесса смачивания частиц расплавомполимера и диспергирования необходимо определенное время. В процессесмешения происходит термо- и механодеструкция полимерного материала приего сдвиговом деформировании, что следует учитывать в реальном процессе,причем время не должно превышать время термостабильности расплаваполимера.Всеэтоприводиткнеобходимостивыделенияоперациидиспергирования в отдельную технологическую стадию получения концентратовили маточных смесей на основе полимера - матрицы.В настоящее время основным способом введения наполнителей в расплавполимера является процесс смешения исходных компонентов в современныхкомпаундерах [35].Основнымфактором,обеспечивающимсмешениенаполнителясполимерным материалом, является величина деформации сдвига, которойподвергается их исходная смесь.
При этом различные исходные объемы расплаваподвергаются различным величинам деформации. Это положение верно длясмесителей всех видов непрерывного и периодического действия.В качестве основного показателя оценки величины смесительноговоздействия принимают среднее значение величины деформации сдвига [42]: max g ( )d0Длясмесителянепрерывногодействиядополнительнокфункциираспределения деформации необходимо учитывать функцию распределениявремени пребывания полимерного расплава в смесителе.254Одним из наиболее эффективных видов экструзионного оборудования,обеспечивающего высокий смесительный эффект, является двухшнековыйэкструдер.
Двухшнековые экструдеры с взаимно зацепляющимися шнеками совстречнымвращениемявляютсяоптимальнымвыборомдлясмешениякомпонентов при создании ДНПКМ.Дляоценкикачестваподготовкиматериалаприпластикацииисмешивающей способности в двухшнековом экструдере может быть использованпараметр обобщенной деформации сдвига ( O ). В двухшнековом экструдересмесительному воздействию полимерный материал подвергается в переходнойзоне ( OU ), винтовых каналах С-образных секций ( OC ) и валковых зазорах ( OB ) иO рассчитывается как:O OU OC OBКакбылопоказаноэкспериментальноприпереработкеПКМнадвухшнековом экструдере, увеличение значения O ведет к улучшению качествасмешения, оцениваемого по коэффициенту неоднородности Vc [267].
Придостижении некоторого предела O качество наполненной смеси достигаетсвоегоопределенногопредела,послекоторогодальнейшеесмешениенецелесообразно, при этом качество смешения достигается высокое и стабильное(рис. 4.6).12Vc,%10864050010001500200025003000ГоРис.
4.6 - Зависимость коэффициента неоднородности смеси Vc от обобщеннойдеформации сдвига O при смешении255Экспериментально для многочисленных полимерных систем установлено,что для обеспечения высокого качества смешения компонентов должновыполняться условие: O ≥ 1300 ед.Таким образом, O является показателем смешивающей способностидвухшнекового экструдера, который определяет качество смешения по рядухарактеристик материала (однородность расплава, вязкость, плотность и др.).Увеличение диаметра шнека, его скорости вращения и вязкости снижаетсмесительное воздействие при пластикации расплавов ДНПКМ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
