Технические решения для промышленности
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 52

17 ноября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 52

Продолжая рассказ о композитных материалах на основе полипропилена и стекловолокна, отметим, что среди пленкообразователей, помимо отмеченных в предыдущей части, используют также полиуретановые дисперсии, эпоксидную дисперсию, модифицированную полиуретаном, и поливинилацетатную эмульсию. Выбор силанов следующий: γ-аминопропилтриэтоксисилан (A1100 или Z6011), N-β-аминоэтил-γ-аминопропилтриметоксисилан (A1120 или Z6020) и γ-глицидоксипропилтриметоксисилан (A187 или Z6040). Изотактический или синдиотактический полипропилен имеет сильную тенденцию кристаллизоваться при охлаждении. Следовательно, эти типы полипропилена труднее эмульгировать. Эмульгировать такие высокомолекулярные полимеры еще сложнее. Тем не менее ряд работ раскрывают проклейку стекловолокна, содержащего такую эмульсию. Жирные кислоты могут разжижать полиолефины и образовывать смесь при температуре выше, чем точка плавления полимера. К смеси добавляют неорганическое или органическое основание, воду и эмульгирующий агент. Еще одну смесь перемешивают под давлением и затем охлаждают до твердого состояния.

Водная эмульсия полипропилена, полученная этим методом, сама по себе очень стабильна. Однако для приготовления такой эмульсии с аминосиланом необходим стабилизатор моноаминов. Эффекты зародышеобразователей были изучены путем последующего покрытия стекловолокон натриевой солью метилен-бис-2,4-ди-трет-бутилфенола кислого фосфата M1.NA.11, которая дает α-кристаллическую форму или хинакридоновый пигмент. Он, в свою очередь, дает β-кристаллическую форму на границе раздела стекло-полипропилен. Α (моноклинная) фаза является предпочтительной формой кристаллизованного из расплава изотактического полипропилена. Любое значительное количество β (гексагональной) формы должно вводиться через соответствующую зародышеобразующую добавку. Рост α- и β-транскристалличности в стекловолокне имеет ту же форму, что и в полипропиленовой смоле. Обнаружено, что пластинки α-формы лежат с ребром (то есть с поверхностью, перпендикулярной композиту). Пластинки β-формы ложатся плоско (то есть с поверхностью, параллельной композиту). Для стекловолокон, покрытых M1.NA.11, отдельная поврежденная область образца моноволоконного композитного материала состоит из межламеллярной трещины в α-транскристаллической зоне, которая впоследствии распространяется через сферолиты в полипропиленовой смоле.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 52

Напротив, для стекловолокон, покрытых хинакридоновым пигментом, повреждение ограничивается исключительно β-транскристаллическими областями. Форма β значительно жестче, чем форма α, из-за ее склонности к равномерной внутренней деформации. Более поздние работы в области термодинамической теории привели к созданию полипропиленового композита с мегапарами. Данные показывают, что эта система приближается к теоретической максимальной прочности комбинированного армирования и матрицы из полипропиленовой смолы. Более подробно мы это обсудим далее, а пока рассмотрим испытание межфазной прочности композитов, чтобы показать, что трубы со стекловолоконным армированием обладают достаточной прочностью и другими физическими свойствами для использования в самых разных приложениях. Предел прочности композитного материала на разрыв (σcu) можно просто выразить как сумму прочности каждого компонента: v – объемной доли волокна, и σm – напряжения полимерной основы при разрушении. Эта модель обеспечивает адекватный прогноз для непрерывного армированного волокном композитного материала. Однако, когда волокна имеют конечную длину, напряжение передается от матрицы к волокну с помощью механизма передачи сдвига.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 52

Отсюда возникает понятие критической длины волокна (Lc). Для волокон, длина которых меньше Lc, передачи напряжения на уровень напряжения разрушения не произойдет. Критическую длину волокна Lc можно рассчитать с использованием таких параметров, как диаметр волокна и прочность на сдвиг границы раздела, которая часто принимается за прочность сдвига полимерной основы. В литом под давлением термопласте, армированном короткими волокнами, существует распределение длин волокон. Не все волокна ориентированы в одном направлении. Принимая во внимание эти факторы, специалисты предложили ряд уравнений для прогнозирования теоретической прочности армированного короткими волокнами композита, в которых были использованы такие характеристики, как коэффициент ориентации волокна, докритическая и сверхкритическая длина волокна и объемные доли волокна в докритической и сверхкритической длинах волокна. Общепризнанно, что в композитах с полимерной матрицей, армированной волокнами, существует отдельная межфазная область между объемной смолой и твердыми волокнами. Межфазное пространство – один из наиболее важных параметров, определяющих характеристики композита.

В краткосрочной перспективе межфазная поверхность влияет на режим разрушения и ударную вязкость композитов. В долгосрочном плане граница раздела в целом определяет сохранение прочности во влажном состоянии к воде, растворителю и термическому старению. Среди множества методов определения межфазной прочности наиболее широко используются методы вытягивания волокна, микробондирования, фрагментации отдельных волокон и микроиндентирования. Фактически, эти четыре метода были выбраны в международной циклической программе оценки микромеханических свойств поверхности раздела волокно-матрица, в которой участвовали 12 всемирно известных исследовательских лабораторий. Тест на вытягивание одного волокна измеряет силу, необходимую для вытягивания волокна из полимерной матрицы. Одиночное волокно погружается вертикально в блок полимера на контролируемую глубину. Свободный конец волокна захватывают в машине для растяжения и затем вытягивают из блока смолы. На типичном графике силы отрыва Fp от смещения x наблюдаются три последовательных механизма. Первый пик, где Fp линейно увеличивается до максимального значения Fd, приписывается расслоению и сопротивлению трению скольжению.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 52

Последующий более низкий пик, а иногда и несколько колебаний, вызваны трением, связанным с прилипанием и скольжением волокна. Последняя кривая представляет силу трения, которая постепенно уменьшается по мере непрерывного вытягивания волокна. Этот метод испытаний лучше всего подходит для систем с низкой поверхностной прочностью. Короткая длина заделываемого волокна затрудняет подготовку образцов и приводит к большому разбросу данных. Совмещение волокна по оси нагрузки является основным источником ошибок. В методе микробондинга капля смолы помещается на волокно и затвердевает на месте. Образец помещают в прибор для испытания на растяжение так, чтобы один конец волокна был захвачен, а капля смолы помещалась между двумя режущими кромками. Волокно натягивается на лезвие ножа, и через каплю смолы вводится нагрузка. Разрывная сила зависит от длины. Подготовка проб в этом методе самая простая и быстрая. Для волокон очень малого диаметра максимальная длина составляет менее 1 мм. Небольшой размер микрокапли затрудняет регистрацию процесса отказа, а образования на волокне, затрудняет определение длины. Всё это способствует большим ошибкам при обработке данных.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 52

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