1. Введение волокнистых наполнителей.

2. Введение эластичных наполнителей.

Модификация путем введения волокнистых наполнителей

В первом варианте модификация свойств полимерной композиции осуществляется за счет введения матрицу волокон. На границе фаз образуются напряжения. Это происходит из-за того что:

• Большого различия в величине модуля упругости для матрицы и волокна-наполнителя.

• Концентрации напряжений, приводящих к возникновению микротрещин на границе раздела фаз ПМ - Волокно-наполнитель.

В волокнистых материалах распространение трещин превалирует над эффектом рассеяния энергии, но все же существует способ создания волокнистых композиционных материалов характеризующихся повышенными энергиями разрушения. Это может быть достигнуто следующими способами:

1. В некоторых случаях, когда разрушения начинаются в матрице, трещины могут прорастать через волокна. Высокая вязкость композиции достигается, когда волокна обладают высокой ударной вязкостью. Такими свойствами обладают волокна и фибриллы из натуральной целлюлозы. Это дает возможность рассеяния энергии за счет межфибриллярного трения, что препятствует появлению трещин.

2. Наиболее вероятен механизм разрушения композиции на основе коротковолокнистых наполнителей, это сдвиговые деформации на границе раздела связующего и полимера-наполнителя. При таком разрушении значительное количество энергии расходуется на так называемое вытаскивание волокон. Что повышает ударную вязкость материала. Поскольку работа межфазного сдвига зависит от длины волокна, то оптимум механических свойств реализуется для более длинных волокон (компаундов) и более слабой адгезии на границе раздела фаз.

3. Повышение ударной вязкости компаундов армированных волокнами может быть осуществлено наиболее эффективно, если с одной стороны обеспечена хорошая связь на границах раздела (максимальная прочность КМ), а с другой стороны, если сами волокна способны освобождать энергию, которая затем расходуется на молекулярное движение. Например, когда волокна покрыты термопластичным материалом, находящимся в высоко эластическом состоянии.

Модификация ударной вязкости путем введение эластичных наполнителей

При введении частицы каучука в полимер наблюдается эффект повышения ударной вязкости и ударной прочности.

Этот метод широко используется в промышленности для улучшения противоударных свойств полистирола, акрильных пластиков и поливинилхлоридных композиций.

Есть несколько теорий, почему каучуки улучшают ударные свойства полимеров. Но эти теории не в состоянии количественно описать свойства полученных пластиков в виду сложной геометрии частиц каучука и границы раздела фаз.

1-я теория. При хорошей адгезии между частицами каучука и полимерной матрицей частицы каучука в виду их неспособности расширяться будут поглощать энергию при ударе образца.

В случае системы полимер-каучук значительно возрастает необходимость для деформации связи с частицами и эластопластом и недеформируемыми частицами каучука.

2-я теория. Различие в модулях упругости каучука и матрицы приводит к возникновению на границах раздела напряжений. Это способствует образованию вокруг каждой частицы большого количества микротрещин. Энергия удара расходуется на образование и распространение этих микротрещин. Следовательно, чем больше граница раздела фаз, тем больше будет расходоваться энергии на образовании трещин.

3-теория. Смеси полимеров, выпускаемых промышленностью в области раздела часто содержат слой из пластифицированного материала. В этом случае, в межфазной области разрушение носит вынужденный эластический характер, а не хрупкое разрушение. Это способствует образованию в межфазной области особых химических структур в виде микротрещин и тяжей.

Фактически это фибрилизация (микрофибрилизация). В этих структурах наблюдается значительное количество энергии. Авторы этой теории ссылаются на эффект беления, который имеет место при разрушении твердых композиций.

При введении каучука в качестве модификатора ударной прочности невозможно получить прозрачный материал. Что является в ряде случаев весьма большим минусом. В этих случаях вводят второй полимер, полностью совместимый с полимерной матрицей. В случае получения ПВХ-материалов вводят акрилатные сополимеры.

"-" Надо вводить большое количество модификатора ударной прочности 20/100 массовых частей.

P.S.

1. Хлорсульфированный полиэтилен также является модификатором ударной прочности.

2. Можно повысить ударную прочность, получая полимер с рыхлой молекулярной упаковкой. Этого можно добиться, получая материал из разветвленных молекул Примерами могут быть ударопрочный полистирол, или акрилонитрил бутадиен стирол, или просто полипропилен.

Модификация поверхностных свойств

Поверхностные свойства полимера играют важную роль в трех группах явлений:

1. Трение и износ.

2. Адгезия к металлам и к другим субстратам в сложных композиционных изделиях.

3. Поверхностная электропроводимость.

Поверхностные свойства зависят от следующих факторов:

1. Состояния поверхности материала или изделия.

2. От наличия полярных химических групп.

3. От наличия пограничного слоя состоящего из постороннего материала. Введение добавок как раз служит для влияния на какой-то из перечисленных

факторов.

1) Добавки увеличивающие шероховатость поверхности. Шероховатость бывает нужна для ослабления контакта с другими поверхностями. Шероховатость часто нужна для рассеивания света с целью снижения поверхностного блеска.

Эффект шероховатости для снижения поверхностного блеска можно получить путем введения в полимер тонких частиц неорганического происхождения. Часто это аэросил или синтетическая окись кремния.

Матовость можно получить и введением частиц каучука. В результате возникает нерегулярность поверхности материала. Из-за образования микроразрывов и различной степени релаксации и усадки различных точек поверхности (соприкосновения расплава полимера с металлической поверхностью оборудования)

Шероховатость нужна для придания материалу (изделию) красивого внешнего вида. Для получения полиэтиленов - чтобы пленка не слипалась..

2) Добавки образующие особый пограничный слой на границе полимера. Пограничный слой на поверхности полимера, как правило, образуется в результате поступания добавки из объема. Порой это весьма важно. Такие пограничные слои предназначены, прежде всего, для:

1. Для снижения трения и износа.

2. Для уменьшения возможного образования электростатических зарядов.

Твердые смазки. Твердые смазки эффективно снижают трение в таких изделиях как подшипники, втулки, и т.д. Твердая смазка состоит как бы из микроскопических роликовых подшипников. Это позволяет смазке обладать меньшей когезией, чем соприкасающиеся материалы

Эти внешние смазки используются при переработке полимера. Они функционируют короткое время, после чего легко удаляются с поверхности.

Как правило, смазки вводят в полимерную композицию. Полимер плавиться, а смазки как бы выпотевают на поверхность и выполняют свою функцию. Для этих целей применяют МоS₂ (дисульфид молибдена), график, политетрафторэтилен тонко дисперсный. В ряде случаев внешними смазками являются стеараты кальция и кадмия, полимерные воски (низкомолекулярный полиэтилен).