Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 12

23 июля 2020
Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 12

Результаты, описанные нами в предыдущей части, показали, что на степень отслаивания в полимерных нанокомпозитах влияют многие факторы, и прогнозирование конечного результата чрезвычайно затруднительно. Противоречие, связанное с различными факторами, хорошо демонстрируется результатами нескольких групп исследователей, которые занимались этим вопросом. Одна группа исследовала нанокомпозиты полиамида и, основываясь на результатах, утверждала, что поверхностно-активные вещества с двумя длинными окончаниями менее выгодны, чем поверхностно-активные вещества с одной алифатической цепью, присоединенной к атому азота; меньшие головные группы приводят к увеличению отслаивания по сравнению с большими катионами аммония, а избыток поверхностно-активного вещества является неблагоприятным для отслаивания, развития структуры и свойств.

С другой стороны было установлено, что головные группы не влияют на интеркаляцию, и две длинные алифатические цепи более предпочтительны, чем одна. То же самое противоречие относится к влиянию условий обработки. Ряд исследователей обнаружили, что условия обработки не оказывали существенного влияния на изученные свойства одно- и многослойных пленок, полученных методом экструзии с раздувом, приготовленных из композитов PA6 / наноглина, и пришли практически к одному и тому же выводу при изучении композитов полистирола. С другой стороны, обнаружилось, что молекулярная масса PA6, использованного для приготовления нанокомпозитов, значительно влияла на отслаивание; лучшее отслаивание было достигнуто с полимером с большей молекулярной массой. Они объяснили этот результат большими сдвиговыми напряжениями, возникающими во время обработки этого полимера, по сравнению с его аналогом с небольшой молекулярной массой. Другие пришли практически к такому же выводу, когда обнаружили, что температуру смешивания необходимо регулировать в соответствии с вязкостью композита, чтобы достичь достаточно высоких напряжений сдвига, приводящих к приемлемой степени отслаивания.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 12

Еще ряд исследований показали изменение структуры и свойств сополимера этилена и винилового спирта / нанокомпозитов OMMT в зависимости от времени перемешивания, то есть условий обработки. Хотя дисперсия органофильных силикатов, как утверждается, относительно легка в полиамидах, только в относительно немногих работах обсуждается влияние условий обработки в этом полимере. Среди других вопросов было изучено также влияние условий обработки на диспергирование и расслоение силиката в трехкомпонентных смесях PA6 / EPDM / глина с совместимостью малеинированного этиленпропилендиенового каучука (MAEPDM). Сравнивалось одностадийное смешивание в двухшнековом экструдере с двухстадийным методом, в котором сначала готовили смесь, а затем добавляли силикат на второй стадии. На этом втором этапе смешивание проводилось с двумя разными скоростями. Авторы обнаружили, что условия обработки значительно влияют на структуру и свойства. Большое напряжение сдвига облегчает дисперсию силиката в матрице PA6, тем самым улучшая армирование. Двухступенчатый процесс оказался более эффективным, чем одновременная подача компонентов. Наиболее тщательное исследование влияния условий обработки на расслоение и дисперсию силиката было проведено группой ученых во главе с Д. Р. Паулем.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 12

В своих первых двух исследованиях авторы сравнивали влияние различного технологического оборудования и условий на дисперсию двух органофильных силикатов с различными модификациями поверхности при 5% содержании силиката в матрице PA6. Они использовали одношнековые и три двухшнековых экструдера. Последний включал в себя несколько специальных устройств, вращающихся в противоположных направлениях для лучшего перемешивания (так называемое обратное перемешивание). Они изучили влияние различных конфигураций винтов, предлагающих разные уровни сдвига от высокого до среднего и низкого. Они обнаружили, что степень отслаивания зависит как от обработки глины, так и от условий обработки. Как уровень сдвига, так и время пребывания влияли на структуру и свойства композитов. Время пребывания в целом увеличивает отслаивание, но оптимальным является как обратное перемешивание, так и интенсивность сдвига. Слишком высокие значения этих последних переменных приводят к ухудшению расслоения и рассеивания. Как упоминалось ранее, практически все полиолефиновые / слоистые силикатные нанокомпозиты получают путем смешивания в расплаве. Функционализированные полимеры, то есть малеинированный полиэтилен или полипропилен, используют для практически полного отслаивания и диспергирования.

Была проведена серия очень тщательных экспериментов по влиянию условий обработки на структуру и свойства нанокомпозитов на основе полипропилена и слоистых силикатов. Для этого приготовили композиты из гомополимера РР, органофилизированной глины Cloisite 20A и модификатора совместимости с модифицированным малеиновым ангидридом РР (Orevac CA 100). Первое исследование было проведено во внутреннем миксере. Использовались XRD, TEM и реология для характеристики композитов. Обнаружилось, что скорость обработки, а также количество MAPP значительно изменяет структуру и свойства. Расстояние между галереями силиката не сильно изменилось в экспериментах, но предел текучести в потоке, обнаруженный ротационной вискозиметрией, значительно увеличился в зависимости от этих двух переменных. Предел текучести был определен как показатель степени отслаивания. Дальнейшее исследование было сосредоточено на влиянии условий обработки и геометрии шнека на структуру и свойства композитов PP / OMMT. Расстояние между слоями не изменяется, но степень отслаивания, характеризуемая пределом текучести потока, сильно зависит от условий обработки. Несмотря на противоречия, большинство результатов, опубликованных в литературе, показывают, что условия обработки значительно влияют на структуру нанокомпозитов полимер / слоистый силикат.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 12

Как следствие, неудивительно, что предпринимается много попыток найти методы для улучшения степени отслаивания. Один подход был исследован группой российских учёных под руководством А. Исаева. Они обнаружили, что использование ультразвука значительно облегчает и увеличивает скорость интеркаляции даже в отсутствие связующего агента. Сравнение нескольких технологий показало, что ультразвук имеет больший эффект, чем тип оборудования или винтовая конфигурация. Другим способом улучшения дисперсии глины является приготовление маточной смеси и получение композита в два этапа. Хотя обнаружилось, что этот подход менее эффективен, чем полимеризация in situ для PS-композитов, этот метод, похоже, работает в нанокомпозитах с ПП. Также было установлено, что приготовление смеси улучшает дисперсию глины и свойства ПП / силикатных нанокомпозитов. Хотя правильный выбор условий обработки может значительно увеличить степень отслаивания, полное расслоение редко встречается в большинстве композитов. Как следствие, мы можем снова сделать вывод, что структура полимер / глинистые композиты является сложной и содержит одновременно несколько структурных единиц в разных количествах. Кроме того, конкурентные взаимодействия компонентов должны всегда учитываться, если мы хотим достичь большей степени отслаивания и хороших свойств.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 12

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.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад