Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 4

Очень большие и компактные глинистые частицы были обнаружены в композите с 3% силиката и 20% MAPP. Очевидно, распад и интеркаляция находятся на предварительных стадиях для этих частиц. Тем не менее, они обладают относительно широким диапазоном галерейных расстояний. Более свободная структура, помимо большего расстояния между слоями, содержит меньшее количество указанных выше элементов, и на микрофотографии также можно обнаружить больше отдельных слоев. Структуры, наблюдаемые на микрофотографиях ПЭМ, очевидно, зависят от состава, а также от отбора проб, то есть от выбора места, из которого был взят срез. Условия обработки были одинаковыми во всех случаях. Помимо отдельных частиц, в композитах содержатся более крупные силикатные единицы, содержащие до 0,5% силиката и до 60% MAPP. Частицы, как правило, находятся в процессе интеркаляции и полного отслаивания, и степень интеркаляции, то есть расстояние между галереями, изменяется вдоль их длины. Микрофотографии показывают, что интеркаляция и расслоение протекают одновременно в исследованных нанокомпозитах. Приведенные выше данные доказывают, что широкий спектр структурных единиц может образовываться не только в структурах PP / силикат, но и в других композитах; аналогичные структуры были обнаружены, например, в композитах PA / MMT.

Теперь поговорим о силикатных сетях. Метод ТЕМ (ПЭМ) определенно подтверждает наличие отдельных силикатных слоев в нанокомпозитах полипропилена, содержащих также МАРР. Было показано, что расслоенные силикатные частицы взаимодействуют друг с другом в водной суспензии, и тип, а также степень взаимодействия зависят от pH воды и количества глины. Непосредственное, «лицевое» взаимодействие приводит к агрегации, тогда как ориентация по краям приводит к образованию силикатной сетчатой структуры. Оба явления наблюдались и в полимерных композитах. Хотя довольно много работ упоминают о создании и существовании такой сети как о возможности, относительно немногие статьи посвящены определению условий, которые могли бы привести к таким структурам, или характеристике самой сети. Образование сети обычно определяют с помощью ПЭМ или анализа результатов реологических измерений по линейным вязкоупругим свойствам нанокомпозитных расплавов. Опубликованные микрофотографии ПЭМ обычно не очень убедительны, но низкочастотный диапазон комплексной вязкости G, а также появление предела текучести явно указывают на значительные изменения в структуре расплава, и, по всей вероятности, относится к формирование силикатной сети.

Как было упомянуто выше, наличие силикатной сетки обычно определяется увеличением модуля накопления и комплексной вязкости с уменьшением частоты в небольшом частотном диапазоне спектра. Более ранние исследования материалов, в которых внутренние процессы сопровождаются потерей энергии (диэлектрическая поляризация, механическая деформация), показали, что нанесение двух компонентов динамических вязкоупругих характеристик (диэлектрической проницаемости, вязкости, модуля) друг на друга дает дугообразную кривую, если процесс можно описать одним временем релаксации (график Cole-Cole). Если материал обладает спектром времени релаксации, дуга превращается в полукруг или наклонный полукруг. Если одновременно происходит более одного процесса с разными временами релаксации, так называемый график Cole-Cole дополнительно модифицируется, то есть появляется новый полукруг или «хвост». Формирование структуры сети приводит к увеличению упругой составляющей модуля и вязкости, и сеть, очевидно, деформируется с различными временами релаксации, чем однородный расплав. Таким образом, мы ожидаем, что корреляция отклоняется от полукруга в вышеупомянутом представлении. Графики Cole-Cole композитов, содержащих 2% силиката и различные количества MAPP, демонстрируют отклонение от перекошенного полукруга при большом содержании MAPP.

Изменение формы графиков указывает на появление нового процесса релаксации, вероятно, образования силикатной сети. Критическое содержание MAPP, при котором происходит это изменение, является относительно большим: оно составляет около 20%, так как для образования сети при этом содержании силикатов требуется относительно большая степень отслаивания. Изменение формы зависит от MAPP и содержания силиката. Меняется не только форма следов, но также значительно увеличивается абсолютное значение вязкости с увеличением содержания силиката. Большие количества частиц силиката увеличивают вероятность и эффективность отслаивания и способствуют образованию силикатной сетки. Критическое количество MAPP, при котором появляется сеть, также измерено и указывается на графиках, доступных в специальной литературе по силикатным сетям, которой мы здесь не будем касаться, поскольку нашей целью является общий обзор данных структур. Добавим, что несколько серий экспериментов были недавно проведены для проверки влияния состава на формирование сети. Хотя эти наборы значений немного отличаются друг от друга, была замечена некоторая согласованность в результатах, что доказывает правоту более ранних исследователей относительно структуры и образования силикатных сетей. В следующей части начнем рассматривать углеродные нанотрубки.