Hogyan befolyásolja a töltőanyag a polimer kristályosodási viselkedését?

Az 1980-as években felfedezett nejlon 6/agyag kompozitok kiváló tulajdonságai a töltött polimer kompozitok kutatásához és a töltőanyagok polimerekben betöltött szerepének megújult megértéséhez vezettek. Íme egy pillantás a töltőanyagok polimerek kristályosodási viselkedésére gyakorolt ​​hatására.

A töltőanyagok hatása a polimerek kristálymorfológiájára

A töltőanyagok hozzáadása befolyásolja a polimer kristályos morfológiáját：

A kristályos polimerek különböző kristályosodási körülmények között különböző kristályos formákat alkotnak, és a gömb alakú kristályok a polimer kristályosodás egyik leggyakoribb jellemző formája. Normál öntési és feldolgozási körülmények között a kristályos polimerek általában gömb alakú kristályos formákat alkotnak.

A töltőanyagok hozzáadása szerepet játszik a szemcsék heterogén nukleációjában és finomításában：

A nagy és ritka gömb alakú kristályok kicsivé és tömörré válnak, a gömb alakú kristályok finomítása és az anyagszívósság javítása előnyös, és hatékony módszer lehet a polimerek edzésére.

A töltőanyag és a gyanta mátrix kompatibilitása szintén befolyásolja a kristályos morfológiát：

Például Qiao Fang és munkatársai azt találták, hogy az organizált montmorillonit tönkreteszi a nejlon 6 gömb alakú kristályszerkezetét, főként azért, mert a nejlon 6 molekulák erősen kapcsolódnak a szervesített montmorillonit részecskékhez, így a nejlon 6 molekuláris láncszegmenseinek mozgása akadályozott a kristályosodási folyamatban, és nehéz szimmetrikus és szabályos elrendezésben növekedni a radiális irányban, így a kristályosodási növekedési folyamat akadályozott, így hiányos kristályok keletkeznek.

A szálas töltésű polimer kompozitok öntési folyamata során a szálak nukleációs szerepet játszhatnak, és a gömb alakú kristályok a növekedési folyamat során már nem rendelkeznek a háromdimenziós növekedés feltételeivel, amely ezután oszlopos növekedés, azaz orientált egydimenziós növekedés formáját ölti, amely transzverzális kristályokat hoz létre.

Példák:

A nukleálószerek olyan anyagok, amelyek megváltoztathatják a gyanták kristályosodási viselkedését és megváltoztathatják a polimerek mikroszkopikus morfológiáját, új tulajdonságokat és funkciókat adva nekik, és a jelenlegi kutatások forró témái itthon és külföldön.

Hatásmechanizmus: Olvadt állapotban, ahogy a nukleálószer biztosítja a szükséges nukleációkat, a polimer homogén nukleációból heterogén nukleációba megy át, ami felgyorsítja a kristályosodási sebességet és finomítja a szemcseszerkezetet, valamint javítja a termék merevségét.

A nukleálószerek főként szervetlen nukleálószerekre, szerves nukleálószerekre és polimer nukleálószerekre oszthatók. A nanorészecske nukleálószerek a nukleálószerek kutatásának egyik gócpontjává váltak, mivel számos aktív centrumuk van a felületen, amelyek szorosan kötődhetnek az aljzathoz, jobb kompatibilitást biztosítanak, és a részecskék nem válnak könnyen le együttesen külső erőhatásoknak kitéve.

A töltőanyagok hatása a polimer kristályosodási kinetikájára

A polimer kristályosodási folyamata két szakaszból áll: nukleációból és növekedésből. Az Avrami-egyenletet általában a polimerek izotermikus kristályosodási folyamatának leírására használják, és az Avrami-index n és a kristályosodási sebességi állandó K megtalálásával a kristályok növekedési mechanizmusa és a növekedési sebesség levezethető.

Mucha M. és munkatársai a korommal töltött PP kristályosodási kinetikáját vizsgálva kimutatták, hogy egy kétlépéses kristályosodási jelenség figyelhető meg: a kristályosodás korai szakaszában, a PP heterogén nukleációjához kapcsolódóan, a koromrészecskék felületén történő nukleáció során nem történt nukleuszütközés, és a növekedés sem volt korlátozott; ezt egy lassú kristályosodási szakasz követi, ahol a növekedési sebességet a kristályok kölcsönös ütközése lassítja. A kristályosodás korai szakaszában n körülbelül 2.0 volt, míg a kristályosodás későbbi szakaszában n körülbelül 3.0. Azt is megállapították, hogy a különböző mennyiségű korom hozzáadása eltérő hatással van K és n értékeire. Ugyanazon a kristályosodási hőmérsékleten a K értéke a korom hozzáadásának növekedésével nőtt.

Az Avrami-egyenlet szerint az n értékének 4-nél kisebb vagy azzal egyenlő pozitív egész számnak kell lennie. A gyakorlatban a polimerek kristályosodási folyamatának n értéke általában egy decimális szám, és 5-tel egyenlőnek tűnik, ami azt jelzi, hogy a tényleges kristályosodási folyamat eltér az Avrami-egyenlettől, és másodlagos kristályosodás vagy gömb alakú kristályütközés jelensége jelentkezik.

Töltött polimerek kristályos szerkezeti modellje

Az elmúlt évtizedekben az elméletek és a kísérletek teljes mértékben bebizonyították, hogy valóban létezik átmeneti zóna a kristályos és az amorf régiók között. polimerek, azaz egy köztes réteg, amelyet kristályos-amorf köztes fázisnak neveznek.

A talkumnak a kis sűrűségű polietilén (LDPE) kristályos régiójának, amorf régiójának és köztes fázisának szerkezetére gyakorolt ​​hatását dinamikus kétdimenziós infravörös spektroszkópiával elemezték. Az eredmények azt mutatják, hogy a talkum hozzáadása bizonyos változásokat idéz elő az LDPE kristályos szerkezeti modelljében, és arra a következtetésre jutottak, hogy a talkum szorosan kapcsolódik a kristályos régióhoz, de nem az amorf fázishoz, ami a következtetett szerkezeti vázlathoz vezet.

A töltőanyagok polimerek kristályosodási viselkedésére gyakorolt ​​hatásának vizsgálata a kristályos polimerek kristályosodási mechanizmusának és kristályosodási modelljének jobb megértéséhez vezethet. Ezenkívül a töltött polimerek kristályosodási viselkedése közvetlenül befolyásolhatja a kompozitok tulajdonságait, ezért erre figyelmet kell fordítani.

Bár történt némi előrelépés a töltőanyagok polimerek kristályos tulajdonságaira gyakorolt ​​hatásának vizsgálatában, még mindig viszonylag hiányoznak a mélyebb, szisztematikusabb és részletesebb vizsgálatok, és ha ezt a szempontot rendszerezni lehet, az az anyagelőkészítés és -tulajdonságok magasabb szintű kutatásához kellene, hogy vezessen.