Каталог товаров
Каталог продукции Весь каталог >>
Корзина пуста

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 1

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 1
Иконка

Существует очень мало однозначной информации о взаимосвязи между взаимодействием поверхности наночастиц с покрытием, размером и характеристиками доступной площади без покрытия, прочностью межфазной адгезии и макроскопическими свойствами нанокомпозитов. Учитывая все эти аспекты, мы сосредоточим наше внимание в основном на этих вопросах в этой главе. В отличие от многих других исследователей, мы предполагаем, что, несмотря на определенные различия, общие правила для гетерогенных материалов применимы и к нанокомпозитам, и их свойства определяются теми же факторами. В нескольких разделах мы обсуждаем информацию, опубликованную в литературе, которая, по нашему мнению, очень часто вводит в заблуждение, например, смешиваемость. Мы также упоминаем некоторые факторы, которые в значительной степени игнорируются при обсуждении получения, структуры и свойств нанокомпозита. Наши взгляды иногда не согласуются с общепринятыми убеждениями, но мы считаем важным указывать на противоречия, вызывать сомнения и привлекать внимание к вопросам, которыми пренебрегают или не изучают достаточно подробно. Для начала рассмотрим факторы, определяющие свойства гетерогенных полимерных систем.

Как упоминалось выше, одни и те же факторы определяют свойства всех гетерогенных полимеров, включая нанокомпозиты: характеристики компонентов, состав, структура и межфазные взаимодействия. Все четыре одинаково важны и должны быть скорректированы для достижения оптимальных свойств. Однако нанокомпозиты несколько отличаются от традиционных микрокомпозитов с наполнителями в виде частиц – их структура часто более сложна, а взаимодействия не так четко определены. Характеристики структуры сильно влияют на действие наполнителя на свойства композита; Усиление увеличивается с уменьшением жесткости матрицы как в микро-, так и в нанокомпозитах. В эластомерах истинное усиление требует жесткости и увеличения прочности. Этот эффект хорошо демонстрируется в результатах экспериментов, где жесткость двух нанокомпозитов эпоксидной смолы нанесена на график в зависимости от содержания наполнителя. Модуль эластомера значительно увеличивается, в то время как в стеклообразном полимере происходит только умеренное армирование. Для более простого сравнения часто учитывают относительную масштабированную композитную жесткость, связанную с модулем матрицы.

Картинка

Структура кристаллических полимеров может быть значительно изменена путем введения наполнителей. Размер кристаллитов и сферолитов, а также кристалличность изменяются в результате зарождения. Было показано, что слоистые силикаты, и особенно монтмориллонит (ММТ), могут приводить к зарождению частиц полипропилена (РР). Одно исследование показало, что органофилизация снижает эффективность зародышеобразования MMT, обусловленную наличием нерасслоенных структур или частиц. Нуклеация увеличивает температуру кристаллизации, что обычно приводит к увеличению толщины и кристалличности и уменьшению размера сферолитов в результате повышенной жесткости и пониженной ударопрочности конечного продукта. Нуклеация может также изменить преобладающую кристаллическую модификацию полимера. В присутствии ММТ было показано, что полиамид (PA) кристаллизуется в основном в форме g независимо от органофилизации. Различные кристаллические модификации обычно обладают неодинаковыми свойствами. Многочисленные характеристики наполнителя влияют на свойства композитов. Химический состав и особенно чистота наполнителя оказывают как прямое, так и косвенное влияние на возможности его применения и производительность. Следы загрязнения тяжелыми металлами снижают стабильность. Недостаточная чистота приводит к обесцвечиванию. Сопутствующие минералы в слоистых силикатах не расслаиваются, и, если их размер частиц велик, они ухудшают композитные свойства уже при очень небольшом содержании наполнителя.

Картинка
Иконка

Механические свойства композитов с наполнителем в виде частиц определяются главным образом их характеристиками, то есть размером частиц и распределением по размерам. Прочность, иногда увеличение модуля, деформируемость и ударная вязкость обычно уменьшаются с уменьшением размера частиц. Знание распределения частиц по размерам важно. Крупные частицы легко удаляются из матрицы под нагрузкой, в то время как тенденция к агрегации наполнителей увеличивается с уменьшением размера частиц. Этот аспект особенно важен в нанокомпозитах, содержащих сферические наночастицы, нанотрубки и волокна. Обширная агрегация приводит к недостаточной однородности, жесткости и низкой ударной вязкости. Агрегированные частицы наполнителя часто выступают в качестве мест зарождения трещин в условиях динамического нагружения, что хорошо видно на примерах, показывающих разрушение большого агрегата CaCO3 из наноразмерных частиц, сформированного в структуре PP. Весьма удивительно, что размер частиц исходного силиката почти никогда не рассматривается как фактор при получении слоистых силикатных нанокомпозитов. Формирование интеркалированной или расслоенной структуры востребовано практически всегда. Однако кинетика и степень отслаивания должны зависеть от размера частиц, с одной стороны, в то время как нерасслоенные крупные частицы могут значительно ухудшать свойства, с другой.

Удельная поверхность наполнителей оказывает непосредственное влияние на композитные свойства. Адсорбция как низкомолекулярных добавок, так и полимера пропорциональна размеру границы раздела матрица / наполнитель. Адсорбция добавок может изменить стабильность, в то время как взаимодействие матрица / наполнитель существенно влияет на механические свойства, прежде всего предел текучести, предел прочности и сопротивление разрушению. Удельная поверхность полностью отслаивающихся силикатов чрезвычайно велика, около 750 м2 / г для ММТ, а площадь углеродных нанотрубок (УНТ) или сферических частиц, таких как сажа и SiO2, может находиться в одном диапазоне. Сильное взаимодействие полимера с этой поверхностью привело бы к очень жестким и ломким композитам. Однако жесткость и сопротивление разрушению обычно остаются в приемлемых пределах, что вызывает некоторые сомнения относительно однородного распределения частиц, полного расслоения и сильного взаимодействия. Анизотропные частицы усиливают полимеры, и эффект увеличивается с увеличением соотношения сторон. Пластинчатые наполнители усиливают полимеры больше, чем сферические наполнители, и влияние волокнистых армирований еще сильнее. Анизотропные наполнители ориентируются во время обработки, еще более усиливая их эффект, который в значительной степени зависит также от распределения ориентации.

Картинка

Полностью отслоившиеся силикаты должны иметь коэффициент сжатия 100-1000, что приведет к чрезвычайно сильному армированию. Поскольку такой эффект наблюдается редко, вероятно, не выполняется одно из условий, а именно отслаивание, ориентация или адгезия. Достижение большой степени ориентации является одной из основных проблем в композитах, армированных нанотрубками или нановолокнами. Поверхностная свободная энергия (поверхностное натяжение) наполнителей определяет как матрицу / наполнитель, так и взаимодействие между частицами. Одно взаимодействие оказывает выраженное влияние на механические свойства, а второе определяет агрегацию. Оба взаимодействия могут быть изменены обработкой поверхности. Роль поверхностной свободной энергии особенно противоречива в слоистых силикатных нанокомпозитах. Практически, всегда органофильные силикаты используются в композитах, и число возможных взаимодействий (матрица / силикат, матрица / поверхностно-активное вещество, силикат / ПАВ, силикатная агрегация, сквозное взаимодействие и т. д.) намного больше, чем в традиционных микрокомпозитах. Взаимодействие является важным вопросом в других видах нанокомпозитов, что также подтверждается многочисленными попытками модификации УНТ.

Картинка
Иконка
Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.
Автор

Автор: Александр Костромицкий

Дата: 11 Июл 2020 00:00

Комментариев нет

  Читайте также Деградация полимерных труб и её предотвращение. Часть 1 ПВХ мембраны Биологическая очистка стоков хлебопекарного и кондитерско-мучного производства Кондиционирование осадка Свойства и оценка безопасности труб из термопластов. Материалы. Полипропилен и ПВХ Вернуться назад
Пройти опрос о качестве сайта