ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Реологические свойства наполненных полимеров из "Физико-химические основы наполнения полимеров" Реологические свойства расплавов наполненных полимеров и растворов имеют большое значение при выборе условий их переработки в изделия [460, 461]. Вязкость расплавов, температура текучести сильно зависят от концентрации наполнителя и формы его частиц. При этом если в расплаве формируется структура, образованная частицами наполнителя, то реологические свойства в значительной мере определяются такой структурой. Реологические свойства полимерной среды также играют первостепенную роль и по-разному сказываются на реологическом поведении наполненных систем. [c.190] Уравнения (6.64) и (6.65) получены в предположении полного отсутствия взаимодействия наполнителя со средой, ньютоновского поведения жидкости и ламинарности потока. При сильных адсорбдаонных или химических взаимодействиях между полимером и наполнителем параметры аир зависят от них. Как правило, приведенные зависимости соблюдаются только в области малых содержаний наполнителя. [c.191] В ряде случаев на основании данных об отклонении вязкости наполненных систем от значений, вычисленных по соответствующим уравнениям, делаются определенные заключения об их причинах, связанных с особенностями полимерных дисперсных сред. Однако нецелесообразно обсуждать отклонения от тех или иных уравнений, если заведомо не выполняются условия, на которых основаны их выводы. [c.191] Число эмпирических уравнений, описывающих реологические свойства наполненных полимеров, очень велико, а их применимость к реальным системам весьма ограничена. Это объясняется тем, что во многих случаях используется чисто эмпирический подход к исследованию реологии наполненных систем. [c.191] Другим принципиальным фактором, влияющим на реологическое поведение наполненных систем, является изменение свойств полимерной дисперсионной среды под влиянием поля поверхностных сил и перераспределение в объеме дисперсионной среды низкомолекулярных фракций и возможных примесей. Следовательно, вязкость определяется не только гидродинамическими эффектами, но и механическим усилением матрицы в результате взаимодействия с наполнителем. [c.192] Следует отметить, что, хотя течение полимеров, содержащих наполнители, иногда подчиняется уравнениям, выведенным для сферических частиц дисперсной фазы, это не означает, что взаимодействие между частицами наполнителя и полимером отсутствует. Во многих случаях течение осуществляется в системе, где частицы наполнителя покрыты адсорбционным слоем полимера, в результате чего происходит увеличение эффективного объема дисперсной фазы на величину объема полимера, связанного частицами. Такой адсорбционный слой перемещается как одно целое с частицами наполнителя. [c.192] Температурная зависимость вязкости обусловлена еще одним фактором - толщиной адсорбционного слоя полимера на поверхности частиц наполнителя, зависящей от температуры. Толщина слоя уменьшается с повышением температуры и напряжения сдвига. Это объясняется различиями в молекулярной подвижности цепей на разном удалении от поверхности более удаленные молекулы начинают участвовать в процессе течения, тогда как макромолекулы, еще. связанные с поверхностью, в нем не участвуют. При большем напряжении сдвига в течении начинают принимать участие молекулы с меньшей подвижностью, т.е. расположенные ближе к поверхности, что подтверждается зависимостью кажущейся энергии активации вязкого течения от содержания наполнителя. [c.193] Таким образом, существующие гидродинамические теории и экспе- риментальные данные указывают на возрастание вязкости наполненной полимерной системы с ростом концентрации частиц твердой фазы. Вместе с тем изменение вязкости при введении малых количеств твердых наполнителей может носить и иной характер, особенно в том случае, когда дисперсионная среда имеет собственную структуру. [c.193] Уменьшение вязкости оказывается нечувствительным к природе наполнителя, если сравнение проводится при постоянной скорости сдвига, однако вязкость изменяется, если в качестве условия сравнения выбрано постоянное напряжение сдвига (последний эффект связан с влиянием напряжения сдвига на эффективную толщину адсорбционного слоя). Возникновение минимума вязкости может быть объяснено образованием дополнительного свободного объема в граничном слое полимера на частице наполнителя [467, 468]. [c.194] Доказательства существенного влияния свободного объема на границе раздела полимер-наполнитель, а также объяснение резкого повышения вязкости после достижения минимальной точки и последующего замедления ее роста обоснованы в работе [468] моделью строения граничного слоя полимера. Согласно приведенной модели, граничный слой полимера состоит из двух подслоев, различающихся плотностью упаковки, причем более плотный слой полимера (толщиной от нескольких сотен ангстремов до нескольких микрометров) находится в непосредственной близости от границы раздела, а далее следует более рыхлый, довольно протяженный (до нескольких десятков микрометров) полимерный слой. Толщина слоев может изменяться в зависимости от природы полимера и наполнителя, а также под действием других факторов. Принимая во внимание такую модель, можно предположить, что под действием сдвиговых напряжений течение в системе происходит преимущественно по разрыхленным слоям, имеющим большой свободный объем, поэтому и наблюдается снижение вязкости расплава. Однако такое снижение вязкости будет происходить только до определенной величины концентрации наполнителя, при которой весь полимер может оказаться вовлеченным в граничный слой, а разрыхленные подслои соседних частиц придут в соприкосновение. В этот момент вязкость расплава становится минимальной. [c.194] Реологические свойства наполненных систем в значительной мере определяются структурообразованием в полимерной среде частиц наполнителя и их связыванием друг с другом через адсорбированные на поверхности частиц макромолекулы [191, 322]. [c.194] Значения динамического модуля, соответствующего пределу текучести, не Jaви ят ни от вязкости матрицы, ни от ее природы, что подтверждает определяющую роль возникающих при взаимодействии частиц наполнителя структурных каркасов в реологических свойствах наполненных систем. Обычно напряжения сдвига, соответствующие пределу текучести, находятся в экспоненциальной зависимости от концентрации наполнителя, следовательно, соотношение между прочностью структурной сетки наполнителя и его концентрацией также является экспоненциальным [471]. [c.195] Таким образом, можно заключить, что особенности реологических свойств наполненных полимеров определяются сочетанием характеристик дисперсионной среды и структурно-механических свойств трехмерного каркаса, образованного в результате взаимодействия частиц наполнителя. С этой точки зрения регулирование реологических свойств наполненных композиций может быть осуществлено путем изменения поверхностных характеристик частиц наполнителя, определяющих их взаимодействие как друг с другом, так и с дисперсионной средой. Модификация поверхности частиц наполнителя, в том числе путем привитой полимеризации, может иметь очень существенное значение для пептизации их при введении в полимер, для улучшения смачивания частиц полимерной средой и объяснения равномерного распределения частиц в полимерной матрице, что особенно существенно при высоких степенях наполнения [472]. [c.195] Вернуться к основной статье