Полезная информация







Анализ сайта он лайн



Влияние состава и структуры смесей полимеров на их механические свойства

Выше было показано, что смеси полимеров, как правило, гетерогенны. Поэтому здесь будут рассмотрены механические свойства двухфазных смесей полимеров.

Механические свойства гетерогенных смесей полимеров очень сложным образом зависят от большого числа факторов. Но вместе с тем, свойства любой гетерогенной системы в наибольшей степени определяются свойствами дисперсионной среды, дисперсная фаза оказывает, как правило, второстепенное влияние. В наибольшей степени это правило справедливо для упругих и вязкостных свойств смесей, таких как модуль упругости, твердость, вязкость.

Типичный ход зависимости этих свойств от соотношения компонентов показан на рисунке.

zavisimostsmeseipolimerov

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость Е (Н, ?) гетерогенных смесей полимеров от соотношения компонентов.

Количественно эти свойства смесей удовлетворительно описывают уравнения Муни, Нильсена и другие, но только в области составов, соответствующих обычной дисперсии и при условии, что индекс 2 в уравнениях относится к дисперсной фазе, а ?m равно концентрации ее обращения (clip_image002). В области непрерывности обеих фаз модуль смеси наиболее близок к среднему логарифмическому значению модулей компонентов:

clip_image002[4]

Однако нет теории, предсказывающей концентрацию обращения фаз.

Прочностные свойства гетерогенных смесей полимеров значительно более сложным образом зависят от ее состава и структуры. Помимо коллоидной структуры смеси ее свойства определяются такими характеристиками как:

- соотношение модулей упругости фаз,

- адгезия между фазами,

- диаметр частиц дисперсной фазы.

Для понимания закономерностей изменения свойств смеси рассмотрим деформирование ее элементарного звена, состоящего из одной частички дисперсной фазы, окруженной дисперсионной средой (рис.). Рассмотрим два случая: 1 – когда модуль упругости среды Ем меньше модуля упругости фазы Еф и 2 – обратное соотношение модулей фаз, при условии идеальной адгезии между фазами.

modeldeformirovania

 

Модель деформирования элементарного звена двухфазной смеси полимеров.

При Ем >> Eф низкомодульная дисперсная фаза практически не мешает деформированию жесткой дисперсионной среды (матрицы). В этом случае матрица может в полной мере проявить свои прочностные и деформационные свойства. Разрушение такой смеси будет происходить при достижении удельной нагрузки на дисперсионную среду равное ее прочности.

При Eм << Eф высокомодульная дисперсная фаза не деформируется вместе с мягкой дисперсионной средой. В результате в матрице возникают большие внутренние напряжения, которые вызывают быстрое ее разрушение. Чем крупнее размер частиц дисперсной фазы, тем больше величина внутренних напряжений, и тем ниже прочностные свойства смеси.

При рассмотрении этих моделей не учтена адгезия между фазами. Понятно, что снижение адгезии может повлечь отслаивание фаз и вызвать разрушение композиции. Чем ниже адгезия, тем при меньшей нагрузке произойдет отслаивание, и ниже будут прочностные свойства смеси. Влияние адгезии во много раз сильнее проявляется для случая, когда Ем << Еф , поскольку в этом случае отслаивание будет дополнительно инициироваться перенапряжениями, возникающими на границе раздела фаз. Но наиболее значительное влияние адгезия между фазами оказывает на свойства смеси, имеющей матричную структуру. В этой смеси граница раздела фаз непрерывна, и отслаивание фаз вызывает разрушение смеси.

Теперь, зная механизмы развития деформации при различных характеристиках компонентов, рассмотрим зависимость прочностных свойств смеси полимеров от состава (рис.).

razrushenie

Зависимость разрушающего напряжения при растяжении (а) и относительного удлинения при разрыве (б) смеси полимеров от соотношения компонентов при Е1 > Е2. Кривые различаются адгезией между фазами: Wa1 > Wa2 > Wa3.

 

При ?2 меньше ?обр2 непрерывна фаза 1, и модуль упругости матрицы выше модуля упругости дисперсных частиц (Ем > Eф). Поэтому в этой области составов и при высокой адгезии между фазами прочность смеси близка к аддитивной, а относительное удлинение превышает аддитивные значения, и даже снижение адгезии не очень сильно влияет на прочность.

При ?2 больше ?обр1 непрерывна фаза 2, и Eм < Eф . Поэтому здесь ? и ? смеси ниже аддитивных значений, и снижение адгезии между фазами весьма существенно уменьшает прочность композита.

На свойства гетерогенных смесей полимеров сильно влияет размер полимерных фаз. Чем больше размер частиц дисперсной фазы, тем б?льшие перенапряжения возникают на границе фаз при деформировании смеси, и тем ниже ее прочность и относительное удлинение. Наиболее сильно это влияние заметно для случая, когда Еф > Ем.

В области непрерывности обеих фаз очень сильное влияние на прочностные свойства оказывает межфазная адгезия. При низкой адгезии меду фазами ? и ? смеси обычно в несколько раз ниже аддитивного значения (рис.). При высокой адгезии между фазами прочность смесей, как правило, близка к аддитивной, и несколько нижа аддитивной в области обращения высокомодульной фазы.

Опубликовано в Механические свойства смесей полимеров