Композиты общего назначения на основе термопластов

Механические свойства

Анализ и прогноз механических свойств монополимерных смесей ПП крайне сложны, поскольку эти свойства очень сильно зависят от кристалличности и кри­сталлической морфологии. Это является причиной больших различий в описа­нии поведения таких материалов в литературе.

На рис. 6.4 приведены модули упругости различных смесей ОПП/ВПП. Вновь число после аббревиатуры образца обозначает число циклов переработки. Модуль образца ВПП выше модуля ОПП из-за увеличения кристалличности вторично переработанного образца, связанного с падением молекулярной массы при пере­работке ПП [5]. Стоит заметить, что данное уменьшение молекулярной массы, вызывающее снижение модуля, при определенных условиях ответственно также за его увеличение.

Что касается смесей, то при низких концентрациях ВПП происходит резкое увеличение модуля, который затем выравнивается. Во всех случаях модули ока­зываются выше, чем у чистых компонентов, причем наблюдаются небольшие максимумы.

Ситуация несколько иная для смесей ОПП с вторичным экструзионным ПП (ВПП-Э) (рис. 6.5). В этом случае модуль вторично переработанного компонен­та выше, чем у чистого компонента, а кривая свойство-состав идет почти линей­но и без максимумов

Поведение смесей оригинального ОПП-Э с ВПП-Э более сложное (рис. 6.6). В этом случае величины модуля оригинального и восстановленного компонен­тов очень близки. Результат вновь объясняется деструкцией ПП Уменьшение

Молекулярной массы вызывает снижение модуля, которое может быть компен­сировано ростом кристалличности, как и в случае с ВПП. Данный образец полу­чен литьем под давлением, то есть имеет пониженную молекулярную массу, но рост кристалличности в нем меньше, чем в оригинальном материале [16], и уве­личения модуля упругости не наблюдалось. Следует отметить выраженный мак­симум в значениях модуля при низком содержании ВПП-Э в смеси.

Эти результаты подтверждаются анализом удлинения при разрыве (рис. 6.7). В системе ОПП/ВПП падение удлинения при разрыве наблюдается только при большом количестве ВПП в смеси, в особенности это справедливо для ВПП, пе­реработанного пять раз. Это подтверждает вывод о том, что увеличение модуля прямо связано с уменьшением молекулярной массы, которое оказывает положи­тельное влияние на модуль упругости, но отрицательное — на относительное уд­линение. Ситуация выглядит сложнее для смесей ОПП-Э/ВПП-Э (рис. 6.8), где при малом содержании ВПП присутствует глубокий минимум. Такое поведение можно объяснить на основе морфологии кристаллов и особенно с учетом разме­ра сферолитов, которых в смеси, содержащей 25 % ВПП-Э 1, меньше, чем в чис­тых полимерах [5].

Эти результаты были частично подтверждены Инкарнато с сотр. [15]. Они не обнаружили значительного различия в механических свойствах после смешения оригинального ПП с таким же ПП, пятикратно переработанным в экструдере. На рис. 6.9 приведены зависимости модуля растяжения, прочности при растяже­нии и удлинения при разрыве в зависимости от содержания ВПП. Как уже гово­рилось, значительного изменения механических свойств не наблюдалось, за ис­ключением небольшого увеличения модуля при низких концентрациях ВПП и уменьшения удлинения при разрыве.

В другой работе [7] ОПП смешивался с образцами ВПП, испытавшими фото - или механодеструкцию. В то время как механодеструктированный ПП проявля­ет заметное уменьшение молекулярной массы с незначительным (или вовсе ну­левым) количеством привитых на скелет карбонилов, в фотодеструктированном ПП ситуация совершенно противоположная: сильное падение молекулярной

Массы сопровождается появлением большого количества карбонильных групп. На рис 6.10 показано удлинение при растяжении смесей из ОПП с ВПП, перера­ботанном в одношнековом экструдере (ВПП-Е) или в смесителе в течение 15 мин (ВПП-М) в зависимости от содержания ВПП. Цифры после ВПП-М указывают частоту вращения лопастей в смесителе.

Ситуация крайне интересна, потому что если для образцов, содержащих ВПП-Е, наблюдалось почти линейное поведение кривои свойство-состав, то кривые,

800

50

-в - Модуль упругости -©- Удлинение при разрыве Прочность при растяжении

700

А боо

- 20

Относящиеся к механодеструктированным образцам ВПП показывали глубокий минимум в области 50 %. Смесь, содержащая ВПП-Е, проявляет поведение, очень близкое к тому, что наблюдалось для смеси ОПП/ВПП-1 (см. рис. 6.7), но без ра­нее наблюдавшихся глубоких минимумов. Это можно объяснить присутствием карбонильных групп которые выполняют две функции: с одной стороны, они уси­ливают несовместимость между ОПП и ВПП (ВПП — это не только компонент с пониженной молекулярной массой, но к тому же полярный полимер, поскольку он содержит карбонильные группы в скелете цепи), а с другой — присутствие этих боковых групп препятствует дальнейшей кристаллизации при падении молеку­лярной массы. Анализ морфологии смеси, содержащей наиболее деструктирован - ный ВПП-М250, выявил островки сферолитов различных размеров. Кристаллы с более высокой температурой плавления, возможно, действуют как центры кри­сталлизации для низкомолекулярного компонента: такая морфология со слабы­ми межсферолитными границами влечет преждевременное разрушение этих об­разцов.

Введение в оригинальный полимер восстановленного деструктированного ПП может также понизить его стойкость к фотодеструкции из-за присутствия карбонильных и карбоксильных групп, которые, будучи особенно чувствитель­ными к УФ-излучению, ускоряют деструкцию полимерных цепей [7]. Карбо­нильный и карбоксильный индексы указывали на то, что количество кислород­содержащих групп возрастает с увеличением концентрации восстановленного компонента, то есть с увеличением содержания карбонильных групп. В частно­сти, даже после больших времен экспозиции ОПП имеет меньшее содержание фотоокисленного компонента, чем 50 % смесь ОПП/ВПП.