Толтырғыш полимердің кристалдану қасиетіне қалай әсер етеді?

1980 жылдары нейлон 6/сазды композиттердің тамаша қасиеттерінің ашылуы толтырылған полимерлі композиттер бойынша көптеген зерттеулерге және полимерлердегі толтырғыштардың рөлін жаңаша түсінуге әкелді. Полимерлердің кристалдану мінез-құлқына толтырғыштардың әсеріне шолу жасаймыз.

Полимерлердің кристалдық морфологиясына толтырғыштардың әсері

Толтырғыштарды қосу полимердің кристалдық морфологиясына әсер етеді:

Кристалдық полимерлер әртүрлі кристалдану жағдайларында әртүрлі кристалдық формаларды түзеді, ал сфералық кристалдар полимер кристалдануының ең көп таралған сипаттамалық формаларының бірі болып табылады. Қалыпты қалыптау және өңдеу жағдайларында кристалдық полимерлер әдетте сфералық кристалдық формаларды түзеді.

Толтырғыштарды қосу дәндердің гетерогенді ядролануында және тазартылуында маңызды рөл атқарады:

Ірі және сирек сфералық кристалдар кішірейіп, ықшамдалады, ал сфералық кристалдарды жетілдіру және материалдың беріктігін арттыру пайдалы және полимерлерді нығайтудың тиімді әдісі бола алады.

Толтырғыштың шайыр матрицасымен үйлесімділігі кристалдық морфологияға да әсер етеді:

Мысалы, Цяо Фан және т.б. органикалық монтмориллонит нейлон 6-ның сфералық кристалдық құрылымын бұзатынын анықтады, негізінен нейлон 6 молекулалары органикалық монтмориллонит бөлшектерімен күшті байланыс әсеріне ие болғандықтан, нейлон 6 молекулалық тізбек сегменттерінің қозғалысы кристалдану процесінде кедергіге ұшырайды және радиалды бағытта симметриялы және тұрақты орналасуда өсу қиын, сондықтан кристалдану өсу процесі кедергіге ұшырайды, осылайша толық емес кристалдар пайда болады.

Талшықты толтырылған полимерлі композиттерді қалыптау процесінде талшықтар ядролану рөлін атқаруы мүмкін және сфералық кристалдар өсу процесінде үш өлшемді өсу үшін жағдайларға ие болмайды, содан кейін ол бағаналы өсу, яғни көлденең кристалдарды шығаратын бағдарланған бір өлшемді өсу түрінде болады.

Мысалдар:

Ядро түзуші агенттер - шайырлардың кристалдану қасиетін өзгерте алатын және полимерлердің микроскопиялық морфологиясын өзгерте алатын, оларға жаңа қасиеттер мен функциялар бере алатын заттар класы, және олар қазіргі уақытта елімізде де, шетелде де зерттеулердің өзекті тақырыбы болып табылады.

Әсер ету механизмі: Балқытылған күйде, ядро ​​түзуші агент қажетті ядроларды қамтамасыз еткендіктен, полимер гомогенді ядроланудан гетерогенді ядролануға ауысады, бұл кристалдану жылдамдығын арттырады және дән құрылымын жақсартады, сондай-ақ өнімнің қаттылығын жақсартады.

Ядро түзуші агенттерді негізінен бейорганикалық ядро ​​түзуші агенттерге, органикалық ядро ​​түзуші агенттерге және полимер ядро ​​түзуші агенттерге бөлуге болады. Нанобөлшектерді ядро ​​түзуші агенттер бетіндегі көптеген белсенді орталықтарының арқасында ядро ​​түзуші агенттерді зерттеудің қызу нүктесіне айналды, олар субстратпен тығыз байланысып, жақсы үйлесімділікке ие, ал бөлшектер сыртқы күштерге ұшыраған кезде оңай бірігіп ажырамайды.

Толтырғыштардың полимердің кристалдану кинетикасына әсері

Полимердің кристалдану процесі екі кезеңнен тұрады: ядролану және өсу. Аврами теңдеуі әдетте полимерлердің изотермиялық кристалдану процесін сипаттау үшін қолданылады, ал Аврами индексі n және кристалдану жылдамдығының тұрақтысы K табу арқылы кристалдардың өсу механизмі мен өсу жылдамдығын шығаруға болады.

Муча М және т.б. көміртекті қарамен толтырылған PP кристалдану кинетикасын зерттеу барысында екі сатылы кристалдану құбылысы бар екенін анықтады: PP гетерогенді ядролануымен байланысты кристалданудың алғашқы кезеңінде көміртекті қара бөлшектердің бетінде ядролану, кристалданудың алғашқы кезеңінде ядролардың соқтығысуы болған жоқ және өсу шектелмеді; содан кейін кристалдардың өзара соқтығысуы арқылы өсу жылдамдығы баяулаған баяу кристалдану кезеңі басталды. Кристалданудың алғашқы кезеңінде n шамамен 2.0 болды, ал кристалданудың кейінгі кезеңінде n шамамен 3.0 болды. Сондай-ақ, әртүрлі мөлшердегі көміртекті қара қосу K және n мәндеріне әртүрлі әсер ететіні анықталды. Бірдей кристалдану температурасында K мәні көміртекті қара қосудың артуымен артты.

Аврами теңдеуіне сәйкес, n мәні 4-тен кіші немесе тең оң бүтін сан болуы керек. Іс жүзінде полимерлердің кристалдану процесінің n мәні әдетте ондық сан болып табылады және 5-ке тең болып көрінеді, бұл нақты кристалдану процесінің Аврами теңдеуінен ауытқып, екінші реттік кристалдану немесе сфералық кристалдардың соқтығысу құбылысы орын алатынын көрсетеді.

Толтырылған полимерлердің кристалдық құрылым моделі

Соңғы онжылдықтарда теория мен тәжірибелер кристалдық және аморфты аймақтар арасында өтпелі аймақ бар екенін толық көрсетті. полимерлер, яғни кристалды – аморфты аралық фаза деп аталатын аралық қабат.

Тальктің төмен тығыздықты полиэтиленнің (ТТПЭ) кристалдық аймағының, аморфты аймағының және аралық фазасының құрылымына әсері динамикалық екі өлшемді инфрақызыл спектроскопия арқылы талданды. Нәтижелер тальк қосу ТТПЭ кристалдық құрылым моделінде белгілі бір өзгерістер енгізетінін көрсетеді және тальк кристалдық аймақпен тығыз байланысты, бірақ аморфты фазамен емес деген қорытындыға келеді, бұл құрылымдық схемаға әкеледі.

Полимерлердің кристалдану мінез-құлқына толтырғыштардың әсерін зерттеу кристалды полимерлердің кристалдану механизмі мен кристалдану моделін жақсырақ түсінуге әкелуі мүмкін. Сонымен қатар, толтырылған полимерлердің кристалдану мінез-құлқы композиттердің қасиеттеріне тікелей әсер етуі мүмкін, сондықтан бұған назар аудару керек.

Полимерлердің кристалдық қасиеттеріне толтырғыштардың әсерін зерттеуде белгілі бір ілгерілеушілік болғанымен, әлі де тереңірек, жүйелі және егжей-тегжейлі зерттеулер салыстырмалы түрде жетіспейді, және егер бұл аспект жүйеленсе, бұл материалды дайындау мен қасиеттерді зерттеудің жоғары деңгейіне әкелуі керек.