27. Полимерлердің араласу технологиясын сипаттаңыз, полимерлерді араластыру құрылғыларына мысалдар келтіріңіз

Араластыру - бұл жүйенің композиттік біркелкілігін арттыратын үрдіс. Араласуға әр түрлі жүйелер қатысады, бірақ полимерлік композитті материалдарды өңдеуде ұнтақ тәрізді затты тұтқыр сұйықтықпен және екі тұтқыр сұйықтықпенғ яғни полимерлер қоспасын алу үлкен орын алады.

Араласудың ламинарлы теориясы

Ламинарлы араласудың механизмі әсерлесетін екі сұйық фазаның бөлу бетін арттырудан тұрады. 1, а-суретте идеалды араластырғыштың нұсқасы бар. Онда цилиндрлердің арасындағы саңылау полимер балқымасымен және техникалық көмірмен толтырылған соң полимердің сызығы орналасқан. Ішкі цилиндр айналады және қара сызық созылып, спираль түріне өтеді. Мұнда дисперсияланатын фаза және матрицп арасындағы бөлу беті артады. Орам саны артқан сайын, спираль орамдар бір-біріне жақындайды және қоспаның біркелкілігі артады.

r =H/ n+1≈H/n

H-араластырғыш айналмалы қуысының қалыңдығы

r- орамдардың ара қашықтығы

Айналым саны n=1000 техникалық көмір бөлшектерінің арақашықтығы сызық бойымен r мәніне тең болады, ол қоспаның біркелкілігін жоғары көрсетеді.

1 б,в-суреттен көрініп тұрғандай, араласатын полимер қозғалудың бағытында орналасса, араласу тиімді емес. Бұл вальцтерде араластырғанда жақсы байқалады. Валктер бір-біріне бағытты айналады да, материалдың бір валктың соңынан екіншісіне қозғалыссыз қалады. Техникалық көмірді анықталған қуыс нүктесіне енгізу – валкты айнала қоршаған қара жолақтың пайда болуына әкеледі, ал қалған полимер боялмайды.

Дисперсті араласу

Ұнтақ тәрізді толтырғыштарды полимер балқымасына енгізгенде ұнтақтарда агломераттар бөлшектері болатыны байқалған. Агломераттар бөлшектерінде байланыстардың жоғары беріктілігін қамтамасыз ететін адсорбциялық күштер болады. Дисперсті араласу-агрегаттарды бұзып, олардың бөлшектерін полмер көлемінде біркелкі тарату.

Дисперсті араласудың акт кезіндегі сызбаы 1-суретте көрсетілген. Екі бөлшектен тұратын агломерат қозғалысының перпендикуляр бағытына бағытталған. Мұнда екі жағдай болуы мүмкін:

1. Тіркелі күшін жеңу, агрегаттың ыдырауы, сосын жоғарғы бөлшек төменгіні озады-дисперсті араласудың элементарлы актісі орындалалы.

2. Агрегатта тіркелу күші жоғары, қозғалу күші агрегатты ыдырата алмайды, ол бұрыла отырып, толығымен қозғалыстың бағытымен бағытталады-дисперсті араласу болмайды.

Егер төменгі бөлшектің орталығын координата басына қойса, онда агрегаттың жоғарғы бөлшек орталығының қозғалыс теңдеуі былай болады:

k=6πRτ/F R-бөлшек радиусы, τ-қозғалыс күші, F-бөлшектердің арасындағы әрекеттесу күші.

Неғұрлым орта тұтқырлығы жоғарылаған сайын, агрегаттың ыдырауы тиімді жүреді. Сондықтан, балқыманың темп-н қажетті шегіне дейін төмендетсе немесе араластырғыш ротордың айналу жиілігін арттырғаннан араластыру қарқындылығы артады.

28. Полимердің көбіктену үрдісін түсіндіріңіз

Құрамында газ фазасы бар полимерлер негізіндегі композиттік материалдарды, газды немесе газға толтырылған полимерлік материалдар деп атайды. Олар жеңілдігімен, жақсы жылу- және дыбысизоляциялық қасиетімен өзгешеленеді және техниканың әртүрлі саласында қолданылады: құрылымның массасын төмендету үшін; жылу-, суық- және дыбысизоляциясы; амортизация; сүзу, бөлу, сұйықтықтарды және газдарды сіңіру; сусымалы материалдарды ұстату, сәнді жасау және т.б.

Құрамында газы бар материалдардың құрылымының негізіне газқұрылымды элемент жатады. Ол газды ұяшықтан, материал көлемінде периодты қайталанатын полимерлік фазадан тұратын қабырғаларынан тұрады. Газ құрылымды элементтің құрылысына байланысты материалдың құрылымы ашық- және жабық кеуекті бола алады (4.6-сурет).

4.6-сурет. Құрамында газы бар полимерлер құрылымының типтері: а – жабық кеуекті; б – ашық кеуекті; в – интегралды; г – синтакты (қуыс толтырғыштармен)

Құрамында газы бар полимерлі материалдарды құрылымы бойынша төрт топқа бөлуге болады: жабық кеуекті құрылымды – көбікпласттар (4.6, а-сурет); ашық кеуекті құрылымды – кеуекпласттар (4.6, б-урет); интегралды көбік материалдары (4.6, в-сурет); синтактты көбікпласттар (4.6, г-сурет). Көбік- және кеуекпласттарда газды фазаның құрамы оны енгізу әдісіне, полимерлі матрицаның қасиеттеріне және өңдеу әдісіне тәуелді 98 %-ға (көл.) дейін жете алады. Осыған байланысты олардың тығыздығын кең аумақта реттеп отыруға болады: полимердің тығыздығынан газды фазаның тығыздығына дейін (ауаның тығыздығы – 1,3 кг/м³).

Көбікматериалдар тығыздығына  байланысты бөлінеді: аса жеңіл ( = 1050 кг/м³), жеңіл ( = 50150 кг/м³), орта тығыздықты ( = 150400 кг/м³), тығыз ( = 400700 кг/м³) және аса тығыз (  700 кг/м³).

Серпімділік модулінің көрсеткішіне байланысты газды материалдар эластикалық және қатты болып бөлінеді.

Құрамында газы бар құрылымның пішінденуі көбіктенумен және көбіктенбей жүруі мүмкін.

Полимерлерге (олигомерлерге) газды фазаны енгізудің негізгі әдістері:

- көпірумен:

1) қалыпты қысымда газды сұйық композицияға механикалық немесе пневматикалық енгізу;

2) сұйық және қатты композицияға термиялық, каталитикалық, радиациялық ыдырауда, химиялық реакцияларда үлкен көлемде газ тәрізді өнімдерді бөлетін әртүрлі заттарды (газ түзгіштер) енгізу;

3) сұйық композицияны қыздырғанда немесе жоғарғы қысымды түсіргенде буланатын, жоғарғы қысымда инертті газбен немесе оңай қайнайтын сұйықтықтармен қанықтыру;

4) полимердің өзінде (олигомерде) химиялық реакциялардың нәтижесінен газды бөліп шығаруы;

- көпірусіз:

1) ПКМ компоненттерінің бір бөлшегін жою – жуу, еріту, қорыту, сублимация және т.б.;

2) қуыс және кеуекті толтырғыштармен толтыру;

3) кеуекті және монолитті полимерлі ұнтақтарды ішін-ара бірігуі;

4) ерітіндіде полимерленуден алынған сұйық жүйелерді кептіру.

Көбіктенуді шексіз (бос көбіктену) немесе жабық (шекті көбіктену) көлемде жүргізуге болады.

Көбіктенудің негізгі екі механизмі бар:

• сұйық жүйеде газды фазаның диспергіленуі;

• сұйық жүйеден еріген газды фазаның конденсациясы (бөлінуі).

Бірінші механизм, негізінен тұтқырлығы төмен (олигомерлер, полимерлердің ерітінділері және дисперсиясы), ал екіншісі – тұтқыр полимерлер балқымасында орындалады. Екінші механизм күрделірек және полимерлерде газ түзгіштердің алдын ала таралуынан ғана емес, сонымен қатар негізгі сатылардан тұрады: 1) газдың еруі, 2) жүйе көлемінде еріген газдың біркелкі таралуы, 3) газды кеуектердің пайда болуы, 4) кеуектердің өсуі, 5) құрамында газы бар материал құрылымының белгіленуі.