Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 13

Полиамид является одним из исключений, в которых значительное увеличение жесткости может быть достигнуто путем модификации силикатов. Основываясь на данных, взятых из специальной литературы, можно утверждать, что слоистые силикаты предлагают исключительное армирование при очень малом содержании наполнителя. Тем не менее, имеются данные, которые показывают, что УНТ (углеродные нанотрубки) усиливают полиамид еще больше. Большинство значений жесткости получают динамическими механическими измерениями, и часто включают туда также несколько спектров, чтобы продемонстрировать преимущества наноусиления. Из-за предполагаемой важности жесткость нанокомпозитов моделируется довольно часто. Молекулярная динамика и континуальные механические модели используются для анализа и прогнозирования упругих свойств. В недавних статьях сравниваются теоретические основы, преимущества и недостатки различных подходов. Обычно зависимость жесткости от состава моделируется механическими моделями континуума, разработанными для традиционных композитов. Модели Альпина-Цая и Мори-Танаки являются наиболее часто используемыми, но другие микромеханические модели также иногда применяются или разрабатываются.

Хотя в документации обычно утверждается хорошее согласие между измеренными и прогнозируемыми свойствами, общая достоверность выводов ограничена по нескольким причинам. При разработке этих моделей используются различные допущения, такие как линейная упругость компонентов, однородное распределение армирования в полимерной матрице, ее однонаправленное выравнивание, а также идеальное сцепление фаз. Большинство из этих предположений не реалистичны, и условия в слоистых силикатных нанокомпозитах трудно удовлетворить – поэтому достоверность моделей сомнительна. При моделировании слоистых силикатных нанокомпозитов возникают большие трудности из-за их сложной структуры. Многие из моделей используют различные допущения для структуры и пытаются объяснить структурное разнообразие слоистых силикатных нанокомпозитов. Структура обычно упрощается в вычислениях, то есть частицы и силикатная сеть игнорируются, и рассматриваются только отдельные слои и тактоиды. Несмотря на такие упрощения, надлежащее объяснение различной степени отслаивания и изменения ориентации композита в них вызывает серьезные трудности. Было показано, что для получения приемлемых данных для модельных расчетов необходимо проводить очень утомительные и дотошные процедуры.

Прочность или предел текучести могут быть небольшими из-за слабого взаимодействия или образования мягкой фазы, но в любом случае значительное усиление не может быть достигнуто. Модуль всегда увеличивается при наличии твердых включений, а удельная площадь поверхности оказывает на него лишь умеренное влияние. Жесткость не очень чувствительна к взаимодействиям или структуре. Зависимость прочности или предела текучести от состава дает более точную информацию о межфазных взаимодействиях и армировании во всех гетерогенных полимерных системах, включая нанокомпозиты, чем модуль. Эффект межфазного взаимодействия зависит от его прочности и от поверхности контакта между фазами. Часто утверждается, что взаимодействие в полимерных / слоистых силикатных композитах является сильным, несмотря на то, что поверхность силиката покрыта поверхностно-активным веществом, которое значительно снижает взаимодействие.

Однако граница раздела фаз в нанокомпозитах может быть чрезвычайно большой, например, удельная площадь поверхности полностью отслаивающегося силиката составляет около 750 м2 / г по сравнению со значением 3-5 м2 / г для обычных порошковых наполнителей. Композиционная зависимость предела текучести при растяжении гетерогенных полимерных систем может быть описана достаточно простыми уравнениями, где учитываются предел текучести композита и матрицы, объемная доля наполнителя в композите, нагрузка, которую несет диспергированный компонент (т.е. зависимую от взаимодействия), а также эффективное несущее сечение матрицы. При нулевом взаимодействии всю нагрузку несет полимер, и несущее поперечное сечение уменьшается с увеличением содержания наполнителя. Такая же корреляция может быть использована для описания зависимости прочности на растяжение композиции, если удлинение композита мало, обычно менее 100%.