Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 34

6 ноября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 34

Как и в случае образования трещин в стеклообразных полимерах, модифицированных каучуком, представляется разумным предположить, что критическая область размеров частиц каучука также существует для полукристаллических полимеров, модифицированных каучуком. Специалисты наблюдали, что для частиц эластомера диаметром менее 0,5 мкм трещин не возникало. Было высказано предположение, что потеря эффективности зарождения трещин для мелких частиц была связана с небольшим размером области концентрации напряжений, недостаточным для размещения трещин (т.е. для достижения критической пористости для зарождения трещин). Критический размер, который составляет 0,5 мкм для полипропилена, модифицированного EPR, этилен-пропилен-диеновым каучуком (EPDM) или стирол-бутадиеновым каучуком (SBR), будет варьироваться, однако, в зависимости от конкретной пары полимер / каучук. Одной из причин такого изменения может быть изменение отношения модуля упругости каучука к матрице, которое влияет на способность концентрировать напряжение.

Фактическая морфология трещин в полипропилене состоит из фибрилл, охватывающих поверхности трещин, и, в дополнение к ним, из соединяющихся друг с другом фибрилл, случайно ориентированных относительно основного направления напряжения. По-видимому, в этих трещинах существует большое количество пустот, что отличает их от трещин, наблюдаемых в стеклообразных полимерах. Можно предположить причины наблюдаемых различий. Например, исходя из представлений о предполагаемой роли слабо связанных резиновых частиц как единственных концентраторов напряжения, экспериментальные наблюдения показывают, что эти частицы ни в коем случае не действуют как ограничители растрескивания. Но в настоящее время нет убедительного объяснения этого наблюдения. Замыкание трещин за счет удлиненных включений эластомера было первой моделью, пытающейся объяснить упрочнение резины в HIPS. Это также было предложено в качестве возможного механизма упрочнения термопластичных эпоксидных смол. Было показано, что вклад перекрытия трещин и разрыва частиц в общую энергию, рассеиваемую при разрушении полимеров, модифицированных каучуком, является незначительным из-за очень низкого модуля сдвига эластомера. Несколько авторов представили экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что в термопластичных эпоксидных смолах функционирует перекрытие трещин и разрыв частиц, однако понимание этого явления до сих пор далеко не полное.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 34

В случае эпоксидных смол, модифицированных термопластом, предполагаемая роль удлиненных твердых пластиковых частиц состоит в том, чтобы охватить две поверхности излома и применить усилия, которые эффективно снижают коэффициент интенсивности напряжений, приложенный к вершине трещины. Дополнительный вклад в диссипацию энергии предполагает пластическая деформация включений. Ученые предположили, что вклад в общую ударную вязкость от этого механизма в термопластичных эпоксидных смолах находится в пределах, заданных случаем модифицированной каучуком и стеклонаполненной эпоксидной смолы. Одна из моделей предсказывает, что размер частицы влияет на общую энергию разрыва. В частности, улучшение ударной вязкости должно быть больше для более крупных частиц, что противоречит концепции повышения ударной прочности резины в полипропилене. Кроме того, увеличение жесткости частиц и энергии разрыва должно привести к повышению сопротивляемости растрескиванию. Увеличение модуля упругости термопластов на два-три порядка по сравнению с обычными эластомерами, вероятно, может повысить важность этого механизма упрочнения. Более того, когда вторичный полимер обладает большой деформируемостью, увеличение энергии разрыва также увеличивает вклад этого механизма.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 34

Как было показано группой специалистов, увеличение молекулярной массы вторичного термопластичного полимера приводит к улучшению ударной вязкости в соответствии с ожидаемым увеличением деформации для разрушения с увеличением молекулярной массы. Одна из моделей объясняет наблюдаемый максимум ударной вязкости по сравнению с объемной долей наполнителя, принимая во внимание соотношение между легкостью предотвращения растрескивания частиц и полимерной основы. Наличие надмолекулярной структуры, а именно кристаллических областей и их агрегаций, существенно усложняет механизмы разрушения в полукристаллических термопластах (например, в полипропилене при ударной нагрузке по сравнению со стеклообразными полимерами). Как было описано ранее, степень кристалличности, размер и форма сферолита, толщина и размер отдельных структурных элементов, а также кристаллографическая структура основного элемента являются основными структурными переменными, которые влияют на деформационное поведение полипропиленовых смол. Химическая структура цепи, молекулярная масса и массовое распределение, молекулярная релаксация и связанные с ней молекулярные свойства определяются как вторичные переменные. Эта группа молекулярных характеристик влияет на ударную вязкость через их влияние на кристаллическую структуру и механический отклик аморфных областей в полукристаллических пластиках.

Возникновение изотермического перехода в адиабатических условиях в этих материалах также играет роль в определении величины вязкости разрушения материала. Кроме того, во всех стандартных испытаниях на удар образец и ведущая геометрия используются в качестве переменных, воплощенных в измеренных значениях посредством контроля состояния напряжения. Для характеристики вязкости разрушения используется подробный анализ наиболее часто используемых испытаний на ударопрочность (например, испытания на удар по Шарпи и Изоду). Температура, скорость деформации, кривизна вершины трещины, толщина образца, старение, облучение и влияние окружающей среды обсуждаются в качестве переменных испытаний с использованием структуры механики разрушения. Представлено подробное обсуждение динамических эффектов во время испытания на одноосный удар и простой способ их учета с использованием модели сосредоточенного веса, предложенной Уильямсом (то есть в рамках линейной механики упругого разрушения, LEFM). Эта модель обеспечивает прочную основу для понимания значимости экспериментальных данных, полученных с помощью стандартных испытаний на удар. Используя процедуры, основанные на LEFM, можно отделить эффекты геометрии испытания от свойств материала, не зависящих от геометрии. Однако это трудоемкая и утомительная процедура.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 34

Чтобы расширить область применения этого метода от хрупких до квазихрупких материалов, применяется концепция мелкомасштабной текучести. Этот подход позволяет объединить общие взгляды как на структурные, так и на тестовые переменные, влияющие на результирующее поведение при ударе. Одним из главных импульсов к большим научным усилиям были, казалось бы, необъяснимые неудачи кораблей во время Второй мировой войны. Это привело к созданию новой научной дисциплины — механики разрушения. Военно-морской флот США был основным спонсором исследований в этой области в 1940-х и 1950-х годах. Эти усилия были основаны на предыдущем открытии Гриффитса, что прочность материалов — это стохастический параметр, зависящий от распределения дефектов, которые всегда присутствуют в любом материале. Собственная прочность материала определяется размером этих дефектов, режимом нагрузки и свойствами материала. Большая часть первоначальных усилий была посвящена исследованиям металлов с использованием представлений о линейном упругом поведении до хрупкого разрушения. В результате ученые-материаловеды в области полимеров используют термин линейная упругая механика разрушения. Использование LEFM для анализа разрушения полимеров началось в начале 1960-х годов. Развитие ранних концепций механики разрушения полимеров для этой молодой дисциплины описано в книге Уильямса, опубликованной в 1984 году. В следующей части поговорим об этом подробнее, так как эти исследования напрямую затрагивают производственные процессы по изготовлению пластиковых труб и трубопроводной арматуры из полипропилена.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 34

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