Znowu podwyżka cen POE?

Jako jeden z powszechnie stosowanych materiałów wzmacniających, ta dynamika niewątpliwie przysparza firmom modyfikacyjnym problemów. Wytrzymałość i wytrzymałość to dwa ważne wskaźniki mechaniczne, dlatego modyfikacja poprzez hartowanie plastyczne jest głównym kierunkiem modyfikacji tworzyw sztucznych. Obecnie dodanie środka hartującego jest nadal najskuteczniejszą i najbardziej bezpośrednią metodą hartowania materiałów.

Jakie są zatem inne możliwości, oprócz zastosowania hartowania elastomerowego? Dzisiaj zabiorę Was w podróż do organizacji i modyfikacji hartowania, jakie są możliwe pomysły.

Powszechnie stosowane środki wzmacniające można podzielić na dwie kategorie: aktywne środki wzmacniające i nieaktywne środki wzmacniające. Są to środki, których łańcuchy cząsteczkowe zawierają grupy aktywne, które mogą reagować z żywicą matrycową, co może tworzyć strukturę sieciową i zwiększać część. Niereaktywne środki wzmacniające to klasa środków wzmacniających, które są dobrze kompatybilne z żywicą bazową, ale nie uczestniczą w reakcji chemicznej. Niereaktywne środki wzmacniające to klasa środków wzmacniających, które są dobrze kompatybilne z żywicą bazową, ale nie uczestniczą w reakcji chemicznej.

Materiały wzmacniające elastomerowe

Prawie wszystkie materiały elastyczne mogą być stosowane jako środki wzmacniające do materiałów kruchych. Kluczem jest kompatybilność między składnikami wielofazowymi. Tylko dobry system wzmacniający o odpowiedniej kompatybilności pozwala osiągnąć wymagany cel, w przeciwnym razie jest to nieefektywne. Powszechnie stosowane elastomerowe środki wzmacniające są klasyfikowane według ich wysokiej lub niskiej temperatury zeszklenia.

(1) Żywica o wysokiej odporności na uderzenia
Takie jak chlorowany polietylen (CPE), kopolimer metakrylanu metylu, butadienu i styrenu (MBS), kopolimer akrylanu (ACR), kopolimer blokowy styrenu i butadienu (SBS), uwodorniony SBS (SEBS), POE, EVA itp.
(2) Guma o wysokiej odporności na uderzenia
Takie jak kauczuk etylenowo-propylenowy (EPR), EPDM, NBR, NR, SBR, BR, CR itp.
Ponadto, zastosowanie TPU jako środka wzmacniającego PA66 znacznie poprawia udarność z karbem kompozytu PA66/TPU, a jego właściwości wytrzymałościowe na rozciąganie ulegają jedynie nieznacznemu pogorszeniu. Najlepsze właściwości mechaniczne uzyskuje się przy dodatku TPU na poziomie 5%. Krystaliczność zmniejszyła się o 50%, co wskazuje na wyraźny efekt wzmacniający PA66.

Klasyfikacja według struktury wewnętrznej elastomeru.

(1) Z góry określona klasa elastomerów
Są to polimery o strukturze typu rdzeń-powłoka, z miękkim rdzeniem elastomerowym i powłoką polimerową o wysokiej temperaturze zeszklenia. Takie jak MBS, ACS, MABS itp.
(2) Klasa elastomerów nieustalona z góry
Jest to polimer netto, a jego modyfikacja udarności jest modyfikowana przez mechanizm działania rozpuszczalnika, takiego jak CPE, EVA itp.
(3) Klasa elastomerów przejściowych

Struktura ta plasuje się pomiędzy elastomerem z góry określonym i niez góry określonym, takim jak ABS itp.

Sztywne, wzmocnione materiały

Nieorganiczne sztywne materiały wzmacniające (RIF), głównie ultradrobne wypełniacze nieorganiczne i wypełniacze specjalne.

Ultradrobny wypełniacz nieorganiczny odnosi się do cząstek o wielkości od 0.1 do 5 μm, efekt modyfikacji takiego wypełniacza wraz ze wzrostem dodanej ilości wypełniacza, układ mieszania wytrzymałości na rozciąganie i udarności zmniejsza się płynnie, bez zmian lub nieznacznie wzrasta, podczas gdy inne właściwości nadal rosną.

Do wypełniaczy specjalnych zalicza się superwłókna (CF), wypełniacze igłowe/kuliste, sole metali ziem alkalicznych i minerały ziem rzadkich itp.

Superwłókna, takie jak włókna węglowe, włókna borowe, włókna kwarcowe, włókna organiczne, nanorurki węglowe i różnego rodzaju włókna szklane. Dyspersja superwłókien w polimerach musi być przeprowadzana za pomocą stosunkowo specyficznych i ukierunkowanych metod.

Wypełniacz w postaci igieł, na przykład igłowaty wollastonit, który ma pewne właściwości wzmacniające.

Zazwyczaj poddaje się go działaniu silanowego środka sprzęgającego lub złożonego środka sprzęgającego przez 10–15 minut w temperaturze 50–80°C, a zalecana ilość dodawanego materiału to 10–15%. Wollastonit bez obróbki nie wykazuje właściwości hartujących.
Wypełniacze kuliste obejmują mikrosfery szklane, puste mikrosfery szklane, kulki wollastonitu, kulki plastikowe, kulki ceramiczne itp.

Sole metali ziem alkalicznych obejmują głównie siarczan baru, ilość wypełnienia jest szeroka, udarność materiału wypełniającego ulega różnym stopniom poprawy, przy dodaniu około 60% udarność osiąga szczyt.
Pierwiastki ziem rzadkich to głównie tlenki pierwiastków ziem rzadkich, alkilowe związki pierwiastków ziem rzadkich oraz sole pierwiastków ziem rzadkich, takie jak tlenek rubidu i fluorek ceru. Mechanizm hartowania pierwiastków ziem rzadkich jest zazwyczaj związany z ich zarodkowaniem, tj. pierwiastki ziem rzadkich są stosowane jako czynniki zarodkujące w celu poprawy struktury krystalicznej układu hartowniczego i osiągnięcia zamierzonego efektu hartowania. Stosowane są głównie do hartowania polimerów krystalicznych, takich jak PP, PA, POM itp.

(2) Organiczne sztywne materiały hartowane (ROF)
Jak na przykładPMMA, PP, PS, MMA/S i SAN, itp. Dzięki podwójnej funkcji hartowania i wzmacniania, efekt hartowania i wzmacniania jest paraboliczny.

Zasada hartowania
Gdy materiał polimerowy jest poddawany obciążeniu udarowemu w momencie uszkodzenia (pęknięcia), wartość jego wytrzymałości zależy od wielkości energii uderzenia pochłoniętej przez materiał i jego zdolności do przeciwdziałania rozszerzaniu się pęknięć. Jaką rolę odgrywają zatem materiały wzmacniające i matryca w procesie hartowania polimerów?

1. Mechanizm wzmacniania elastomeru

Elastomer bezpośrednio pochłania energię. Gdy próbka zostaje uderzona, powstają mikropęknięcia, gdy cząsteczki gumy stykają się z obydwoma brzegami pęknięcia. Aby pęknięcie mogło powstać, guma musi zostać rozciągnięta. Proces odkształcania gumy musi pochłonąć dużą ilość energii, zwiększając w ten sposób wytrzymałość tworzywa sztucznego na uderzenia.

2. Teoria plonów

Wysoka udarność tworzywa sztucznego wzmocnionego gumą wynika głównie z odkształcenia plastycznego żywicy matrycowej, które często występuje. Powodem odkształcenia plastycznego żywicy matrycowej jest wyższy współczynnik rozszerzalności cieplnej i współczynnik Poissona gumy niż tworzywa sztucznego. W procesie chłodzenia w procesie formowania następuje skurcz termiczny, a następnie odkształcenie poprzeczne otaczającej matrycy pod wpływem naprężeń hydrostatycznych. W rezultacie zwiększa się objętość swobodna żywicy matrycowej, co obniża jej temperaturę zeszklenia. Łatwo jest uzyskać odkształcenie plastyczne i poprawić wytrzymałość. Z drugiej strony, jest to spowodowane koncentracją naprężeń cząstek gumy.

3. Teoria pękania rdzenia

Granulki gumowe działają jak punkty koncentracji naprężeń, tworząc dużą liczbę małych pęknięć zamiast kilku dużych, a rozciągnięcie wielu małych pęknięć wymaga więcej energii niż rozciągnięcie kilku dużych. Jednocześnie pola naprężeń dużej liczby małych pęknięć kolidują ze sobą, osłabiając naprężenia wiodące do rozwoju pęknięć, co z kolei spowalnia ich rozwój i prowadzi do ich zamknięcia.

4. Teoria wielokrotnego wzoru srebra

Ze względu na wyjątkowo dużą liczbę cząstek gumy w utwardzonym plastiku, duża liczba skupisk naprężeń powoduje powstawanie dużej liczby srebrnych wzorów, co może rozproszyć znaczną ilość energii. Cząsteczki gumy są również terminatorami srebrnych pasków, a małe cząstki nie są w stanie ich przerwać.

5. Teoria pasm ścinania w postaci pasm srebrnych

Jest to ważna teoria, powszechnie akceptowana w przemyśle. Liczne eksperymenty wykazały, że mechanizm odkształcania polimeru składa się z dwóch procesów: procesu odkształcania ścinającego i procesu marszczenia srebra. Proces ścinania obejmuje zarówno rozproszone odkształcenie plastyczne przy ścinaniu, jak i powstawanie lokalnych pasm ścinania. Odkształcenie ścinające to jedynie zmiana kształtu obiektu, energia kohezji między cząsteczkami i gęstość obiektu pozostają zasadniczo niezmienione. Proces prążkowania srebra powoduje natomiast znaczny spadek gęstości obiektu. Z jednej strony w strukturze ziaren srebra widoczne są wgłębienia, co wskazuje na to, że ziarno srebra spowodowało pewne uszkodzenia materiału, co jest prekursorem submikroskopowych pęknięć; z drugiej strony, ziarno srebra pochłania dużo energii w procesie formowania i wzrostu, co ogranicza ekspansję pęknięć i poprawia wytrzymałość materiału, co jest jednym z mechanicznych mechanizmów hartowania polimerów. Dlatego też prawidłowe zrozumienie zjawiska prążkowania srebra stanowi podstawę zrozumienia procesu odkształcania i pękania materiałów polimerowych oraz jest jednym z kluczy do projektowania mieszanek modyfikowanych tworzyw sztucznych, w szczególności tworzyw wzmacnianych.

6. Teoria kawitacji

Teoria kawitacji odnosi się do zjawiska kawitacji wewnątrz cząstek gumy lub na warstwie styku między cząstkami gumy a podłożem pod działaniem naprężeń trójwymiarowych w procesie odkształcania w niskiej temperaturze lub przy dużej prędkości. Teoria ta zakłada, że: tworzywo sztuczne modyfikowane gumą pod działaniem sił zewnętrznych, cząstki gumy w fazie rozproszonej ulegają koncentracji naprężeń, co powoduje, że na styku gumy z matrycą i samo w sobie powstaje kawitacja. Po kawitacji cząstek gumy, hydrostatyczne naprężenie wokół gumy zostaje uwolnione, stan naprężenia cienkiego wiązania matrycy między wnękami zmienia się z trójwymiarowego na jednowymiarowy, a płaskie odkształcenie w płaskie naprężenie, a ten nowy stan naprężenia sprzyja tworzeniu się pasma ścinania. Zatem sama kawitacja nie może stanowić przejścia materiału z kruchego w wytrzymały; prowadzi ona jedynie do zmiany stanu naprężenia materiału, co wywołuje uplastycznienie ścinające, zapobiega dalszemu rozszerzaniu się pęknięć i poprawia wytrzymałość materiału.