Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 17

Малеинированный полипропилен и полипропилен с привитой акриловой кислотой используются в качестве химических связующих агентов в наполненном и армированном полипропилене. Эти химические связующие агенты обеспечивают улучшенную межфазную адгезию между наполнителем и полимерной матрицей. Химическое связывание включает два типа взаимодействий, которые обеспечивают эффективную передачу напряжения от относительно слабой полимерной матрицы к армированию наполнителя, что обеспечивает улучшенные механические и термические свойства композита. Группа малеинового ангидрида или группы акриловой кислоты реагируют с функциональными группами, присутствующими на поверхности наполнителя, с образованием химических связей в качестве основного механизма взаимодействия. В зависимости от типа наполнителя кислота или ангидрид могут реагировать с различными поверхностными функциональными группами. Второй тип взаимодействия состоит из сокристаллизации высокомолекулярного «хвоста» с молекулярными цепями полимерной основы, что приводит к физическому переплетению. Наличие межфазной адгезии из-за химической связи также можно увидеть визуально. Исследователи представили микрофотографии с помощью сканирующего избирательного микроскопа (SEM) поверхностей излома стеклонаполненного полипропилена (GF-PP).

Поверхность стекловолокна может быть гладкой, что указывает на отсутствие прилипания полимера к поверхности. Кроме того, в основе стекловолокна есть свидетельства того, что между стекловолокном и полимером произошло расслоение. С другой стороны, поверхность стекловолокна может быть шероховатой, что означает наличие слоя полимера, прилипающего к поверхности волокна, при отсутствии отслоения на границе раздела волокно-полимер. Химическая структура привитого полипропилена играет важную роль в его качестве связующего агента. Как обсуждалось ранее, кислотная или ангидридная группа будет реагировать с функциональными группами, присутствующими на поверхности. Таким образом, структура трансплантата играет важную роль. Однако присутствие привитой гомополимеризованной кислоты или ангидрида, присоединенного к одной молекуле полипропилена, вероятно, не является идеальной структурой. Многочисленные кислотные или ангидридные группы позволят создать несколько участков для связывания с поверхностью наполнителя. Однако, поскольку они привиты к одной молекуле полипропилена, сокристаллизация с полипропиленовой матрицей будет ограниченной. Гомополимеризованные кислотные или ангидридные группы могут также уменьшить количество доступных реакционных центров, присутствующих на поверхности, для взаимодействия с другими привитыми молекулами полипропилена.

Далее отметим, что, как обсуждалось выше, способность PPgMAH совместно кристаллизоваться с полипропиленовой матрицей очень важна. Молекулярная масса PPgMAH определяет, насколько хорошо они будут диффундировать и сокристаллизоваться. Если молекулярная масса слишком низкая, сокристаллизация не происходит или происходит очень небольшая, и в результате получаются плохие механические свойства. Было проведено несколько исследований для изучения кинетики кристаллизации и сферолитовой структуры полипропилена, армированного стекловолокном (GFRP). Наблюдались признаки наличия транскристаллических областей рядом со стекловолокном. Повышение транскристалличности и уменьшение размера сферолита привело к повышению прочности на разрыв. Есть несколько исследований, в которых изучалось влияние PPgMAH или PPgAA на межфазную толщину полипропиленовых композитов. В одном из исследований измерялась межфазная толщина композитов целлюлоза-полипропилен, содержащих различные связующие агенты. Все три связывающих агента представляли собой функционализированные малеиновым ангидридом полимеры с различной молекулярной массой. Исследователи обнаружили, что с увеличением молекулярной массы связующего агента увеличивалась и толщина межфазного слоя наряду с механическими свойствами.

Также сообщалось об аналогичных результатах для композитов из стеклопластика. В одном из исследований специалисты использовали измерения теплоемкости для оценки межфазной толщины. Сообщалось об отличной корреляции между толщиной поверхности раздела и пределом прочности на разрыв. По мере увеличения межфазной толщины увеличивалась и прочность на разрыв. Далее мы будем описывать разработку мегасвязанных композитов из стеклопластика, обладающих механической прочностью на пределе идеального сцепления, а пока заметим, что в аналогичном исследовании использовалось измерение ползучести при растяжении для определения прочности на межфазный сдвиг композитов GFRP, когда PPgAA использовался в качестве связующего агента. Ученые определили, что существует критический уровень добавления связующего агента, при котором межфазная адгезия превышает предел текучести матрицы. Выше этой критической концентрации PPgAA режим отказа объясняется дефектами в полимерной основе, а не нарушением сцепления волокон. В следующей части рассмотрим совместное использование PPgMAH и PPgAA в наполненном и армированном полипропилене с учетом различных факторов, таких как влияние молекулярной массы, уровня функционализации и типа функционализации.