Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1

«Усиление» хрупких полимеров каучуками

Ключевые слова:  периодика, полимерные композиты, усиление полимеров

Автор(ы): Ларионов Иван Игоревич

Опубликовал(а):  Ларионов Иван Игоревич

03 октября 2010

Наиболее высокие прочностные свойства смесь полимеров имеет при условиях: 1) если ее структура представляет обычную дисперсию; 2) модуль упругости матрицы больше модуля упругости дисперсной фазы; 3) имеется высокая адгезия между фазами; и 4) размер частиц дисперсной фазы достаточно мал. (Подробнее - почему) При соблюдении этих условий и дополнительного условия, что модули упругости матрицы и дисперсной фазы отличаются в несколько раз, наблюдается, так называемое, явление «усиления» хрупких полимеров каучуками. Рассмотрим в чем оно проявляется и какова его сущность.

Явление усиления заключается в том, что при добавлении к высокомодульным хрупким полимерам небольших количеств (2 – 20 об. %) низкомодульного эластичного полимера (эластомера) наблюдается многократное повышение работы разрушения, ударной вязкости и предельной деформации при разрушении смеси (Рис.1). Свойства такой смеси в несколько раз превосходят свои аддитивные значения. Также экстремально с минимумом изменяется и температура хрупкости жесткого полимера при увеличении в нем содержания эластомера. Однако добавление эластомера вызывает некоторое снижение прочности хрупкого полимера при низкой скорости приложения деформаци). Но и эта прочность обычно превышает аддитивные значения.

Так усиливают полистирол и стирольные пластики, поливинилхлорид, полипропилен, полиметилметакрилат и многие другие хрупкие полимеры путем добавления к ним эластомеров, и получают при этом ударопрочные пластики. Такие пластики нашли очень широкое применение.

В чем же сущность наблюдаемого явления?

Для ответа на этот вопрос необходимо вспомнить теорию прочности Гриффита. Теория основана на сопоставлении упругой энергии, высвобождающейся при распространении трещин, с энергией, затрачиваемой на создании новой поверхности при образовании трещин. Зарождающиеся при деформировании материала трещины поглощают внешнюю механическую энергию (на образование новой поверхности), но одновременно могут являться источником разрушения. Как только трещина достигнет некоего критического размера, и сконцентрированная в вершине трещины энергия превысит γт, начинается катастрофический рост трещины, и тело разрушается.

Следовательно, образование в смеси при деформировании трещин с размером меньше критического повышает работу ее разрушения, а образование более крупных трещин существенно снижает прочность смеси.

Выделяют ряд причин повышения ударной вязкости хрупких полимеров, содержащих эластичные частички, но одна из них наиболее важная. Возникающие в хрупкой матрице микротрещины при росте сталкиваются с эластичными частичками и прекращают свой рост. На образование трещин (крейзов) тратится энергия, в результате происходит диссипация энергии в объеме матрицы. Одновременно частички дисперсной фазы не дают трещинам вырасти до критических размеров. В сумме это обуславливает повышение энергии разрушения материала.

На основании механизма усиления можно объяснить влияние различных факторов на степень усиления. Рассмотрим их. Основным критерием эффективности усиливающего действия каучука является степень повышения ударной вязкости смеси.

С повышением концентрации эластомера увеличивается число его частиц в смеси, повышается вероятность их столкновения с трещиной и ударная вязкость смеси растет. Однако при приближении концентрации эластомера к области обращения его фазы в непрерывную эффект усиления резко снижается, поскольку частицы эластомера сливаются в более крупные образования.

Размер частиц дисперсной фазы очень сильно влияет на ударную прочность смесей. Рассматриваемое явление наблюдается лишь при размере частиц каучука меньше критического. Этот размер для различных систем неодинаков и колеблется в пределах 0,5 – 0,1 мкм. Чем меньше размер частиц, тем больше их число в смеси, и больше их вероятность оказаться на пути растущей трещины, и выше эффективность усиления. Однако, как показывают экспериментальные данные, чрезмерное уменьшение размера частиц также снижает ударную вязкость смеси. Крупные частички каучука вызывают возникновение внутренних напряжений в матрице из-за разницы компонентов в коэффициентах Пуассона, что снижает работу разрушения смеси.

Оказалось, что явление усиления хрупких полимеров каучуками имеет место и при низкой адгезии между фазами. Так, известен ударопрочный полипропилен, содержащий полисилоксановый или полиуретановый эластомер, который обладает очень низкой адгезией к полипропилену. Интересно, что при очень малых концентрациях таких эластомеров их эффективность выше, чем эластомеров с высокой адгезией. Но при больших концентрациях они утрачивают свою эффективность.

Как показали исследования, ударная вязкость смеси возрастает, если дисперсная фаза помимо низкой упругости имеет еще и достаточно высокую прочность. Это необходимо для более эффективного торможения роста трещин в матрице. Поэтому частички эластомера в смеси подвергают незначительной вулканизации.

{Прим. ред.: Статья не подвергалась редактированию.}

{Прим. мл. ред.: Статья подвергалась незначительному редактированию. В первом приближении - материал разумный, но ссылок, конечно, очень не хватает (гиперссылка не работает...) }


В статье использованы материалы: Сайт о полимерах


Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 


Комментарии
Как Почему Где, 08 ноября 2010 23:05 
Вот это технологии....

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Коллоидные кристаллы изогнутые и закрученные
Коллоидные кристаллы изогнутые и закрученные

XVI Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов"
С 1 по 4 октября 2019 года в г. Москве в Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук состоится ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов".

Студенты кафедры РЛ-2 МГТУ им. Баумана в гостях у НТ-МДТ Спектрум Инструментс
Видеоотчет об экскурсии студентов МГТУ им. Баумана в НТ-МДТ Спектрум Инструментс

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Новые наноматериалы для восстановления костей. Непростые отношения графена и воды. Борнитридные наноленты с реконструированными краями. Термоэлектричество и азафуллерены. Борщ и блины как материалы в экстремальных условиях.

Новые гибридные перовскитоподобные материалы для солнечной энергетики
Тарасов Алексей Борисович, Постнаука
Как сохранить энергию солнца или ветра? Как может измениться стационарная энергетика в будущем? В проекте «Мир вещей. Из чего сделано будущее» совместно с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО) Постнаука рассказывает о последних открытиях и перспективных достижениях науки о материалах.

Материалы к защитам квалификационных работ бакалавров на ФНМ МГУ в 2019 году
Коллектив авторов
4-7 июня 2019 г. (11-00) в аудитории 221 корпуса Б пройдут защиты ВКР бакалавров ФНМ МГУ.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2019 году
Семенова Анна Александровна
21-24 мая 2019 года в лабораторном корпусе Б пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками ФНМ МГУ.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.