Jak poprawić wytrzymałość tworzyw sztucznych i rozróżnić środki wzmacniające powszechnie stosowane w tworzywach sztucznych?

Modyfikowane tworzywa sztuczne odgrywają coraz ważniejszą rolę w życiu społecznym, a technologia hartowania tworzyw sztucznych od zawsze stanowi przedmiot zainteresowania naukowców i przemysłu. Dziś dowiemy się więcej o hartowaniu tworzyw sztucznych.

Trzy czynniki wpływające na efekt hartowania tworzyw sztucznych

1. Właściwości żywicy matrycowej

Badania wykazały, że poprawa wytrzymałości żywicy matrycowej sprzyja poprawie efektu hartowania hartowanych tworzyw sztucznych. Poprawę wytrzymałości żywicy matrycowej można osiągnąć poprzez następujące metody:

Zwiększ masę cząsteczkową żywicy matrycowej, aby zawęzić rozkład masy cząsteczkowej; popraw wytrzymałość poprzez kontrolowanie krystalizacji, krystaliczności, rozmiaru i formy kryształów. Na przykład, dodanie środka zarodkującego do PP zwiększa szybkość krystalizacji i rozdrabnia ziarna, poprawiając w ten sposób odporność na pękanie.

2. Charakterystyka i dawkowanie utwardzacza

①. Wpływ wielkości cząstek fazy rozproszonej środka wzmacniającego – w przypadku tworzywa sztucznego wzmocnionego elastomerem właściwości żywicy matrycowej są różne, a optymalna wartość wielkości cząstek fazy rozproszonej elastomeru również jest inna. Na przykład, optymalna wielkość cząstek gumy w HIPS wynosi 0.8–1.3 μm, optymalna wielkość cząstek ABS wynosi około 0.3 μm, a optymalna wielkość cząstek ABS modyfikowanego PVC wynosi około 0.1 μm.

②. Wpływ ilości środka wzmacniającego – istnieje optymalna wartość ilości dodanego środka wzmacniającego, która jest związana z parametrem odstępu między cząsteczkami;

③. Wpływ temperatury zeszklenia środka hartującego – im niższa temperatura zeszklenia ogólnego elastomeru, tym lepszy efekt hartowania;

④. Wpływ środka wzmacniającego i żywicy matrycowej na wytrzymałość połączenia – wpływ wytrzymałości połączenia na efekt wzmocnienia jest różny dla różnych układów;
⑤. Wpływ struktury środka wzmacniającego elastomer – w zależności od rodzaju elastomeru, stopnia usieciowania itp.

3. Siła wiążąca między dwiema fazami

Obie fazy charakteryzują się dobrą siłą wiązania, która może skutecznie przenosić naprężenia między nimi i zużywać więcej energii. W rezultacie ogólna wydajność tworzywa sztucznego na poziomie makroskopowym jest lepsza, a szczególnie istotna jest poprawa udarności. Zazwyczaj tę siłę wiązania można rozumieć jako siłę oddziaływania między dwiema fazami. Kopolimeryzacja szczepiona i kopolimeryzacja blokowa to typowe metody zwiększania siły wiązania między dwiema fazami. Różnica polega na tym, że tworzą one wiązania chemiczne poprzez syntezę chemiczną. Kopolimer rozgałęziony HIPS, ABS, kopolimer blokowy SBS, poliuretan.

W przypadku środków wzmacniających do wzmacniania tworzyw sztucznych, jest to metoda fizycznego mieszania, ale zasada jest taka sama. Idealny system mieszania powinien zapewniać, że oba składniki są częściowo kompatybilne i tworzą oddzielne fazy, a między nimi znajduje się warstwa międzyfazowa. W warstwie międzyfazowej łańcuchy molekularne dwóch polimerów dyfundują wzajemnie, tworząc wyraźny gradient stężeń. Kompatybilność między składnikami zapewnia dobrą siłę wiązania, co z kolei zwiększa dyfuzję i rozpraszanie warstwy międzyfazowej oraz grubość warstwy międzyfazowej. I to jest kluczowa technologia wzmacniania tworzyw sztucznych i wytwarzania stopów polimerowych – technologia kompatybilności polimerów!

Czym są utwardzacze do plastiku? Jak je podzielić?

(1) Charakterystyka żywicy matrycowej

1. Wzmocnienie elastomerów gumowych: EPR (monomer etylenowo-propylenowo-dienowy), EPDM (monomer etylenowo-propylenowo-dienowy), kauczuk butadienowy (BR), kauczuk naturalny (NR), kauczuk izobutylenowy (IBR), kauczuk nitrylowy (NBR) itp.; Nadaje się do wzmacniania i modyfikacji stosowanych żywic syntetycznych;

2. Wzmocnienie elastomerów termoplastycznych: SBS, SEBS, POE, TPO, TPV itp.; stosowane głównie do wzmacniania poliolefin lub żywic niepolarnych oraz do wzmacniania polimerów zawierających polarne grupy funkcyjne, takich jak poliestry i poliamidy. Należy dodać środek zapewniający kompatybilność;

3. Wzmocnienie kopolimerów typu rdzeń-powłoka i reaktywnych terpolimerów: ACR (akrylany), MBS (kopolimer akrylanu metylu, butadienu i styrenu), PTW (kopolimer akrylanu etylenu, butylu i metylu), E-MA-GMA (kopolimer akrylanu etylenu, metylu i glicydylu) itp.; stosowane głównie do wzmacniania tworzyw konstrukcyjnych i stopów polimerów odpornych na wysokie temperatury;

4. Mieszanie i wzmacnianie tworzyw sztucznych o wysokiej wytrzymałości: PP/PA, PP/ABS, PA/ABS, HIPS/PPO, PPS/PA, PC/ABS, PC/PBT itp.; do przygotowania stosowana jest technologia stopów polimerowychtworzywa konstrukcyjne o wysokiej wytrzymałościważny sposób;

5. Wzmocnienie innymi metodami: wzmocnienie nanocząstkami (takimi jak nano-CaCO3), wzmocnienie żywicą sarin (metal-jonomer DuPont) itp.;

(2) W rzeczywistej produkcji przemysłowej hartowanie modyfikowanych tworzyw sztucznych można podzielić na następujące sytuacje:

1. Wytrzymałość samej żywicy syntetycznej jest niewystarczająca i należy ją poprawić, aby spełnić wymagania użytkowe, takie jak GPPS, homopolimerowy PP itp.;

2. Znacznie zwiększa wytrzymałość tworzyw sztucznych i spełnia wymagania dotyczące doskonałej wytrzymałości oraz długotrwałego użytkowania w środowisku o niskiej temperaturze, np. w przypadku superwytrzymałego nylonu;

3. Po modyfikacji żywicy poprzez wypełnienie i dodanie środka zmniejszającego palność, właściwości materiału ulegają obniżeniu. W tym momencie konieczne jest skuteczne hartowanie.

Tworzywa sztuczne ogólnego przeznaczenia są zazwyczaj otrzymywane metodą polimeryzacji addycyjnej rodnikowej. Łańcuch główny i łańcuchy boczne cząsteczki nie zawierają grup polarnych. Podczas hartowania, dodanie cząstek gumy i elastomerów może uzyskać lepszy efekt hartowania;

Tworzywa konstrukcyjne są zazwyczaj otrzymywane w procesie polimeryzacji kondensacyjnej. Łańcuchy boczne lub grupy końcowe łańcucha cząsteczkowego zawierają grupy polarne. Podczas hartowania, w celu zwiększenia wytrzymałości, można dodać funkcjonalizowane cząstki gumy lub elastomerów.

Rodzaje środków wzmacniających do powszechnie stosowanych żywic

Podsumowując, hartowanie tworzyw sztucznych jest równie ważne zarówno dla tworzyw krystalicznych, jak i amorficznych. Od tworzyw ogólnego przeznaczenia, przez tworzywa konstrukcyjne, po specjalistyczne tworzywa konstrukcyjne, ich odporność termiczna stopniowo rośnie, a wraz z nią rosną koszty i ceny. Odporność termiczna, odporność na starzenie itp. stawiają coraz wyższe wymagania, a jednocześnie stanowią poważne wyzwanie dla technologii modyfikacji i hartowania tworzyw sztucznych, a najważniejszym i najbardziej krytycznym zadaniem jest zachowanie dobrej kompatybilności z matrycą i komponentami!