Полимерная матрица

15.08.2015

Самым слабым местом композитов является либо матрица (которая имеет низкую прочность, низкую пластичность и низкую тепловую стойкость), либо граница (которая имеет плохую адгезию между матрицей и усиливающим компонентом, а также неполное смачивание волокон), либо и то, и другое. Из схемы рис. 31.1. можно заключить, что модификация матрицы будет влиять на граничные свойства (например, при использовании полимерных связующих), а изменения межфазной морфологии могут также влиять на свойства матрицы (например, посредством транскристаллизации в однонаправленном, сплошном, усиленном волокнами композите с высокой объемной долей волокон). В соответствии с этой схемой, улучшение жесткости, прочности, пластичности (ударной вязкости) или тепловой стойкости полимерной матрицы должно способствовать формированию позитивных, свойств соответствующих композитов. Сопоставляя это с тем фактом, что именно эти свойства рассматриваются в 65% патентов, относящихся к полимерным смесям и сплавам (в том числе 38% патентов касаются высокой ударной прочности 11% — прочности на растяжение, 8% — жесткости и модуля и 8% — ТДД), можно утверждать, что смешение подогревает развитие термопластических композитов. Эта величина (65%) может даже увеличиться, если в нее включить аспекты обрабатываемости и улучшения прочности сварных швов (18%).
Матрица усиленных полимерных смесей часто состоит из следующих компонентов: полиамида (ПА), полиэтилентерефталата (ПЭТ), полибутилентерефталата (ПБТ), полифениленсульфида (ПФС), поликарбоната (ПК), полифениленоксида (ПФО), акрилонитрилбутадиенстирольных сополимеров (АБС), полиоксиметилена (ПОМ) и полипропилена (ПП). Заметим, что многие из этих полимеров производятся поликонденсацией (и, следовательно, имеют низкий молекулярный вес) и/или являются материалами, чувствительными к надрезу (например, ПА, ПК, ПБТ), тогда как другие имеют плохую холодную ударную прочность (например, гомополимеры ПП).
Компатибилизация и влияние морфологии на механическую реакцию смесей не рассматриваются в этой главе. Здесь будет достаточно указать, что морфология смеси и граничная адгезия между компонентами смеси играют критическую роль. Различные полимеры (как обладающие, так и не обладающие реакционной способностью) могут применяться в качестве компатибилизаторов. Реакционно-способные или функциональные модификаторы, реагирующие с функциональными группами матрицы, также могут генерироваться in situ. Модификатор часто называют «жестким» или «мягким», в зависимости от того, является ли его жесткость сравнимой или меньшей (как, например, у каучуков), чем жесткость полимера матрицы. Соответственно, смеси обозначаются как сочетания «жесткий-жесткий» или «жесткий-мягкий». Очень хороший обзор промышленных смесей, в том числе торговых наименований, выполнен Утрацким.
В некоторых случаях целью смешения является улучшение граничной адгезии между усилителем и матрицей. Смачивание стеклянных волокон (CB) с высокой полярностью неполярным ПП очень умеренное. Это находит отражение в очень небольших величинах граничной сдвиговой прочности тint, которые составляют менее одной шестой или одной седьмой от предела текучести (~ 35 МПа) или сдвиговой прочности ПП. Кроме подбора оптимального размера волокна, другой возможностью является использование полимерных связующих (например, малеинизированного ПП или каучука), которые мигрируют вблизи CB и повышают тint.