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

 

Чары Наномира
Чары Наномира

Приглашение на вебинар «Комбинация АСМ и оптических методик: новые достижения и приложения»
НТ-МДТ Спектрум Инструментс приглашает Вас принять участие в бесплатном вебинаре «Комбинация АСМ и оптических методик: новые достижения и приложения»

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

XXI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии,
Уважаемые коллеги! Приглашаем вас принять участие в работе XXI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, который состоится с 9 по 13 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге и станет одним из основных мероприятий Международного года Периодической таблицы химических элементов, провозглашённого ООН в декабре 2017 г.
Проводится под эгидой Международного союза по теоретической и прикладной химии (IUPAC).

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

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.