Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 33

6 ноября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 33

В этой части продолжим рассмотрение особенностей деформации полипропиленовых компаундов и также поговорим о растрескивании в полукристаллических полимерах, подвергшихся ударам. Объяснение влияния вторичного компонента на распространение трещин (то есть делокализация сдвига) основано на концепции локальных полей напряжений и концентраций напряжений в полимерной основе из-за наличия включений. Это приводит к снижению внешней нагрузки, необходимой для пластической деформации материала. Исходный раствор Гудье для изолированной частицы в изотропной матрице привел к максимальной концентрации напряжений примерно 1,9 в центре. Следует иметь в виду, что это решение относится к классу аналитических, а они не принимают во внимание возможные взаимодействия или перекрытия полей напряжений в многочастичных системах. Решение для взаимодействующих частиц (т.е. с объемными долями выше 0,09) было получено с использованием метода численного анализа конечных элементов (FEA). Результаты показывают, что за счет перекрытия полей напряжений соседних частиц можно достичь концентрации напряжений до 6.

Местоположение максимальной концентрации напряжений смещается от поверхности частицы, и его фактическое положение зависит от расположения включений в компаунде. Было также показано, что нет большой разницы в полях напряжений между включением эластомера и пустотами. Дополнительное внимание следует уделить тому факту, что на морфологию полукристаллической матрицы может существенно повлиять, когда расстояние между включениями становится таким же, как и между слоями основного материала. Напряжения вокруг частицы имеют характер трехосного растяжения только в случае идеального межфазного сцепления. Примером могут служить упрочненные резиной эпоксидные смолы, АБС-пластик и упрочненный нейлон благодаря сравнимому модулю объемной упругости матрицы и эластомера. В таком случае возникает кавитация частиц эластомера. В ПВХ, упрочненном резиной, наблюдались полосы микросдвига, инициированные под углом 55–64 ° по отношению к направлению приложенного напряжения. Кроме того, ряд авторов наблюдали полости в резиновых частицах, выровненных в плоскостях микрополос сдвига. Это объясняет причину появления бледных участков в этом материале. Для АБС было показано, что механизм деформации при делокализованном сдвиге может привести к аналогичной кавитации без образования трещин. Специалисты изучили влияние размера частиц на механизм деформации в АБС и обнаружили, что в случае включений диаметром 0,1 мкм растрескивание подавляется, а деформация сдвига стимулируется кавитацией частиц. В системе с включениями диаметром 1,5 мкм растрескивание было основным деформационным механизмом рассеяния энергии.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 33

Сейчас считается, что процесс кавитации частиц снимает локальное накопление гидростатического напряжения, вызванное неоднородностью сдвига при постоянном объеме. Это позволяет дополнительно повысить текучесть при сдвиге как термореактивных материалов, так и термопластов. Следовательно, вскоре после развития некоторой начальной податливости сдвигу локальные ограничения снимаются за счет кавитации даже в относительно толстых образцах. Аналогичные объяснения были предложены для смесей поликарбонат / полиэтилен, PC / MBS и эпоксидных смол, модифицированных каучуком. В полимерах или в условиях испытаний, в которых образование трещин является основным механизмом деформации, кавитация и образование пустот в частицах каучука приводит к преждевременному появлению трещин и разрушению полимера. Теперь рассмотрим механизм растрескивания в полукристаллических полимерах, подвергшихся ударам. Ученые активно изучали образование трещин в полукристаллических полимерах, а именно в первичном полипропилене и полипропилене, модифицированном каучуком. Было изучено влияние условий литья под давлением на морфологию полипропилена и ее связь с образованием трещин при низких температурах и высоких скоростях деформации.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 33

Исследования характеризовали влияние различных модификаторов ударопрочности термопластичных эластомеров на кристаллизацию, плавление и кристаллическую морфологию формованных образцов полипропилена. Также обнаружилось, что трещины образуются преимущественно в сердцевине испытательного образца, полученного литьем под давлением, где существовала регулярная сферолитовая структура. Поверхностные стабильные зоны и зоны сдвига, которые характеризуются ориентированными молекулами и ориентированным сферолитическим ростом, соответственно, содержат небольшие трещины или не содержат никаких трещин. Этот эффект был приписан эффекту молекулярной ориентации, который, как известно, предотвращает образование и рост трещин. Однако не учитывалась возможность того, что в дополнение к ориентации молекул или сферолитов поверхностные слои находятся в состоянии плоского напряжения, что способствует сдвигу, а не образованию трещин. Несмотря на некоторые свидетельства образования трещин, для полукристаллических полимеров было предложено, что податливость при сдвиге является основным механизмом деформации в обычных условиях, а образование трещин является второстепенным компонентом пластической деформации в этих полимерах, работающих при очень низких температурах и / или высоких скоростях деформации в аморфных областях. Для заданной температуры, по-видимому, существует критическая скорость деформации, выше которой преобладает образование трещин, а ниже которой преобладает текучесть при сдвиге.

Эта гипотеза подтверждается экспериментально путем наблюдения заметного увеличения предела текучести полимеров при сдвиге при понижении температуры и / или повышении скорости деформации. С другой стороны, эти условия испытаний относительно не влияют на трехосный тип напряжения растрескивания. Считается, что образец либо поддается сдвигу, если сдвиговая составляющая поля напряжений превышает предел текучести при сдвиге, либо образует трещины, если трехосное растяжение превышает напряжение образования трещин. Был измерен вклад рассеиваемой энергии от образования трещин и сдвига в нейлоне-66, модифицированном каучуком. Энергия, затрачиваемая на образование новых поверхностей во время ударной нагрузки, была на пять порядков меньше, чем энергия, рассеиваемая за счет образования трещин и сдвига при 23 °C (комнатная температура). При образовании трещин рассеивается около 25% общей энергии, а при сдвиге рассеиваются оставшиеся 75%, в основном в виде тепла, вызывая повышение температуры в зоне, защищенной от напряжений, примерно на 10 °C. Вклад энергии растрескивания может быть дополнительно отнесен к энергии, запасенной в фибриллах (60%), и энергии, используемой во время образования фибрилл (40%). Обнаружено, что трещины в полипропилене морфологически сходны с таковыми в стеклообразных полимерах. Они обладают высокой отражательной способностью, большим отношением площади к толщине и значительной плоскостностью.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 33

Плоскости трещин обычно перпендикулярны направлению главного растягивающего напряжения, хотя существуют местные отклонения до 15 °. Предполагается, что эти отклонения вызваны локальным порядком (то есть кристаллической структурой и сверхструктурой). Более того, трещины в полипропилене имеют большую тенденцию к бифуркации или ответвлению по сравнению с трещинами в стеклообразных полимерах. Они распространяются через сферолиты, и их длина не ограничивается одним диаметром сферолита, и они не растут преимущественно в радиальном направлении. Как показали эксперименты, на образование растрескивания могут существенно повлиять изменения кристаллической структуры. Если большинство трещин развивается на границах раздела между крупными сферолитами, измеренная вязкость разрушения низкая. Отчетливые значения сопротивления разрушению существуют для трещин, развивающихся внутри более крупных сферолитов или на границах более мелких. Это явление может быть одним из возможных механизмов, объясняющих, как эластомеры могут влиять на трещиностойкость полукристаллических полимеров при их добавлении для изменения морфологии кристаллов.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 33

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