Мелкосерийные пресс-формы! Заказать >>

Классификация ПКМ

Межфазное взаимодействие (свойства МФС)
Интенсивность межфазного взаимодействия играет важную роль в формировании свойств ПКМ. Выше уже было отмечено, что определенный объем полимера-матрицы, прилегающий непосредственно к границе раздела полимер—наполнитель, имеет структуру и свойства, отличающиеся от таковых в объеме. Таким образом, граница раздела определяет интенсивность взаимодействия п-лимер—наполнитель посредством двух структурных параметров:
а) прямое адгезионное взаимодействие контактирующих фаз
б) модификация структуры матричного полимера в области контакта. Очевидно, что структура и свойства МФС для данного ПКМ целиком определяются величиной адгезионного взаимодействия и в то же время изменение структуры и свойств полимера в объеме МФС изменяет адгезионное взаимодействие па поверхности контакта.
Сложная структура МФС с наличием в ней дефектов приводит к тому, что при разрушении ПКМ трещина, как правило, проходит не точно по границе раздела фаз, а по МФС или по матрице вблизи частицы. Лишь при очень слабом адгезионном взаимодействии происходит отслоение матрицы от частицы точно по границе контакта. Отклонение пути трещины от геометрической границы особенно характерно для пористых наполнителей или наполнителей с шероховатой поверхностью.
Интенсивность межфазного взаимодействия зависит от времени контакта фаз. Через определенное время контакта со¬противление отслаиванию достигает предельного значения. Следующие процессы сопровождают рост усилия расслаивания.
Деформируется, развиваются реологические процессы переноса полимера в углубления и поры на поверхности наполните¬ля, что приводит к росту фактической площади контакта полимера с наполнителем и способствует установлению адгезионного взаимодействия (смачивания). Адсорбция. Это процесс, сопровождающийся изменением надмолекулярной структуры прилегающего слоя матрицы, а так¬же адсорбцией (накоплением на поверхности раздела) низкомолекулярных фракций полимера, примесей или специально вводимых добавок типа отвердителей, стабилизаторов и т. п. Все это приводит к формированию МФС.
Взаимодиффузия. Наиболее характерна для смесей полимеров, когда происходит взаиморастворение сегментов несовместимых полимеров и образуется слой сегментальной совместимости как часть МФС. Происходит также частичная взаимо¬диффузия макромолекул, так как даже несовместимые полимеры частично взаиморастворимы.
Релаксация. Этот процесс приводит к снижению локальных перенапряжений вблизи поверхности раздела и к ограничен¬ной ползучести. Обычно перенапряжения вокруг частицы (в том числе термоусадочные) не релаксируют полностью, тем не менее процессы релаксации проходят в достаточной степени, приводя к росту сопротивления отслаиванию.
  Видно, что при очень высокой прочности связи между фазами модуль возрастает, а при полном ее отсутствии — падает. При содержании наполнителя 40 % модули различаются в 10 раз, что указывает на существенное значение межфазного взаимодействия.
Прочность ПКМ не так отчетливо зависит от прочности связи на границе раздела фаз. В целом прочность увеличивается с ростом межфазного взаимодействия. Это видно на примерах как стеклопластиков, так и дисперсно-наполненных полимеров, где введение добавок, увеличивающих усилие отслаивания, приводит к росту прочности. Повышается прочность смесей полимеров с возрастанием термодинамического сродства компонентов друг к другу' и их совместимости, что связано с ростом толщины МФС. Испытания в условиях, когда решающее значение имеет медленное разрастание трещин, наоборот, выявляют повышение прочности при некотором снижении межфазного взаимодействия. Так, при многократных деформациях изгиба или растяжения возрастает число циклов до разрушения ПКМ при пониженном межфазном взаимодействии. При сильном увеличении прочности связи полимер—стеклонаполнитель снижается ударная вязкость и деформируемость.
Для увеличения межфазного взаимодействия в ПКМ вводят специальные добавки — аппреты, (для систем полимер—минеральный наполнитель) и совмещающие добавки, или компатибилизаторы (для смесей полимеров).
Наиболее распространены силановые аппреты типа RSiX^ (здесь X — ОН-, CF). Органический радикал R обеспечивает взаимодействие с полимерной матрицей, a SiX3 образует связи с группами —OSi— поверхности наполнителя. Применяют также алкоксититанаты и фосфатотитанаты, играющие ту же роль агента сочетания двух разнородных фаз, и другие вещества для увеличения, а иногда и для некоторого снижения прочности связи фаз, в зависимости от химической природы компонентов ПКМ.
Регулирование прочности связи полимер—полимер в ПКМ типа смесей и сплавов полимеров достигается введением на границу раздела блок-сополимеров (совмещающих добавок), у которых каждый блок макромолекулы совместим с одним из компонентов ПКМ. Таким образом, блок-сополимер, каждый блок которого находится в одной из контактирующих фаз, обеспечивает хорошее межфазное взаимодействие.
Увеличение межфазного взаимодействия происходит за счет химической реакции, например при нагревании, между компонентами ПКМ, если в них имеются реакционноспособные функциональные группы.