Технические решения для промышленности
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 49

16 ноября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 49

Вода – злейший враг любого пластика, армированного стекловолокном (GFRP). При этом исследования показали, что повреждения водой наносятся на границе раздела. Когда стекловолокно E-glass выдерживается в течение 1 недели при температуре +50 °C и относительной влажности 90%, наблюдается лишь небольшое увеличение площади поверхности. Это может соответствовать увеличению шероховатости и появлению гидрофильных участков. Потеря веса при температуре от 20 до 400 °C составляет всего 0,01%. Изменения при температуре около 450 °C можно отнести к потере воды из-за других оксидов. У состаренного E-стекла такая же кривая, что означает, что волокно не подвергается химическим изменениям под действием влаги. Судя по крутому наклону изотерм адсорбции-десорбции воды для волокна из Е-стекла, сродство воды высокое. Во время десорбции возникает гистерезис, который показывает необратимость реакции.

Вторая изотерма адсорбции очень близка к изотерме адсорбции на состаренном стекловолокне. Это приводит к выводу, что несколько часов в условиях высокой влажности для стекловолокна не менее вредны, как и неделя. Поверхностная энергия и теория смачиваемости адгезии – это наиболее широко используемая гипотеза для объяснения межмолекулярных и межатомных сил, влияющих на поверхностные энергии полимера и стекла. Чтобы эти силы имели какое-либо измеримое значение, полимер должен войти в тесный контакт со стеклом (то есть поверхность стекла должна быть полностью покрыта полимером). Межфазная энергия, которая обычно меньше по величине, чем поверхностная энергия, обнаруживается, когда разнородные материалы находятся в контакте друг с другом. Эта энергия возникает из-за того, что межмолекулярные силы в одной среде не обязательно совпадают с межмолекулярными силами в другой. Для жидкости поверхностная энергия и поверхностное натяжение численно одинаковы. Обычно она обозначается греческой буквой γ (гамма) и измеряется в миллиджоулях на квадратный метр. Поверхностная энергия воды при комнатной температуре составляет около 72 мДж / м2. Для твердой поверхности поверхностная энергия – это изменение функции свободной энергии с изменением площади поверхности материала.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 49

Не существует надежного метода измерения поверхностной энергии большинства твердых тел. Однако считается, что значение для большинства неорганических твердых веществ составляет сотни мДж / м2. Теория адгезии связана с изучением углов смачивания жидкостей на поверхностях твердых тел. Энергетический баланс в точке контакта между жидкостью и твердыми телами можно записать при помощи таких показателей, как γSA – поверхностное натяжение твердого тела и воздуха, γSL – поверхностное натяжение твердого тела и жидкости, γLA – поверхностное натяжение жидкости и воздуха, и θ – величина угла контакта. Уравнение Юнга – Дюпре позволяет определить работу адгезии путем простого измерения угла контакта и поверхностного натяжения жидкости. Большая часть экспериментальных работ в науке о адгезии сосредоточена вокруг взаимосвязи этих двух параметров. Как обсуждалось выше, для изготовления полипропиленовых композитов, армированных стекловолокном, полипропиленовая смола должна смачиваться и инкапсулировать стеклянные волокна. На стадии смачивания адсорбция или адгезия жидкости к твердому телу состоит как из диспергирующих, так и недисперсных взаимодействий. Рассеивающая сила – это силы Лондона, которые существуют повсеместно. Недисперсные силы представляют собой кислотно-основное взаимодействие Льюиса или взаимодействие акцептор-донор электронов, за исключением насыщенных углеводородов.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 49

Путем измерения удельного объема нескольких типов молекул было определено, что дисперсионная составляющая свободной поверхностной энергии чистого E-стекловолокна составляет 40–49 мДж / м2. Большинство обработок силаном снижает дисперсионный компонент поверхностной энергии стекловолокна. При аналогичной работе дисперсионная составляющая свободной поверхностной энергии является константой для обработки стекловолокна различных размеров. Гидроксилированное стекло имеет самую высокую полярную составляющую свободной поверхностной энергии и самую высокую общую свободную поверхностную энергию. Таким образом, ожидается, что это стекловолокно будет смачиваться намного легче, чем волокна такого размера. Полипропилен – неполярный полимер. Гомополимер с трудом обволакивает стекловолокно. Угол касания расплавленного полипропилена со стеклотканью уменьшается с 38 до 22 ° при повышении температуры от +200 до +250 °C. Было высказано предположение, что появление карбонильных и гидроксильных групп в молекулах полипропилена является результатом термического окисления. Данные соответствуют значениям, измеренным Леллигом и Ондрачеком. В их работе параметр дисперсионной поверхностной энергии полипропилена при 533К составляет 32,7 мДж / м2. Параметр полярной поверхностной энергии составляет всего 0,2 мДж / м2. Зависимость углов смачивания расплава полипропилена от времени представляет собой линейную линию в двойном логарифмическом выражении.

Для высокополярного полимера, такого как полиамид, макроскопическое нарушение когезии происходит внутри стекла, тогда как прочность соединения неполярного полипропиленового полимера со стеклом настолько мала, что ее просто невозможно измерить. Для характеристики поверхности чистых стекловолокон (образец 1) использовались четыре метода. Размеры включают катионный силан (образец 2), дисперсию полиэтилена (образец 3), дисперсию силан / полиуретан (образец 4) и дисперсию силан / эпоксид (образец 5). Образец 2 показывает самую высокую свободную поверхностную энергию методом капиллярного подъема. Разница между образцами 2 и 4 составляет почти 30 мДж / м2. Однако разница в поверхностной свободной энергии между пятью образцами отсутствует при обратной газовой хроматографии. Образцы 1 и 2 имеют кислую поверхность по измерению дзета-потенциала, тогда как образцы 3 и 5 являются основными. Образец 4 имеет основную группу из аминосилана и кислотный характер из полиуретанового пленкообразователя и эмульгирующего агента в дисперсии. Химически модифицированный полипропилен обычно используется для улучшения межфазной адгезии между полипропиленом и стекловолокном. Он не изменяет кинетику смачивания необработанного стекловолокна. В любом случае оба типа полипропилена могут относительно быстро смачивать оголенные стекловолокна. При наличии аминосилана на поверхности стекла смачивание гомополимером полипропилена не изменилось. Именно с химически модифицированным полипропиленом и стекловолокном, обработанным аминосиланом, существенно снижается смачивающее напряжение.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 49

Аминогруппа силана и карбоксильные группы привитого полипропилена имеют сильное взаимодействие, и достигается цель лучшей адгезии. Стекло – неорганический материал, а полимер – органический. Эти два материала несовместимы по природе и не образуют гидролитически стабильных связей. Связующий агент необходим для химической реакции между двумя материалами. Связующие агенты содержат химические функциональные группы, которые могут реагировать с силанольными группами на стекле. На другом конце связующего агента органическая функциональная группа должна реагировать с полимером. Ковалентные связи, которые, как предполагается, имеют место, приводят к самой прочной межфазной связи. На заре индустрии пластиков, армированных стекловолокном, хромовый комплекс Volan оказался наиболее эффективным связующим. В конце 1950-х и 1960-х годах органофункциональные силаны начали вытеснять Volan во многих областях применения. Для конкретных систем смол были разработаны различные силаны, обеспечивающие гораздо более высокие композитные свойства по сравнению с Volan. Полный обзор промоторов адгезии, включая нонсиланы, был написан Сатьянараяной (Sathyanarayana) и Ясином (Yaseen), поэтому отсылаем интересующихся читателей к их работам. Поскольку все размеры стекловолокна имеют водную основу, алкоксисиланы необходимо гидролизовать перед нанесением на стеклянные поверхности, чтобы они функционировали как связующие агенты. Гидролиз заключается в реакции триалкоксисиланов с избытком воды с образованием силантриолов по следующей формуле: R′Si (OR) 3 + избыток H2O → R′Si (OH) 3 + 3ROH.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 49

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