Doldurucu polimerin kristallaşma davranışına necə təsir edir?

1980-ci illərdə neylon 6/gil kompozitlərinin əla xüsusiyyətlərinin kəşfi doldurulmuş polimer kompozitləri üzərində çoxlu tədqiqatlara və polimerlərdə doldurucuların rolunun yenidən anlaşılmasına səbəb oldu. Doldurucuların polimerlərin kristallaşma davranışına təsirinə nəzər salaq.

Doldurucuların polimerlərin kristal morfologiyasına təsiri

Doldurucuların əlavə edilməsi polimerin kristal morfologiyasına təsir göstərir:

Kristal polimerlər müxtəlif kristallaşma şəraitində müxtəlif kristal formalar əmələ gətirir və sferik kristallar polimer kristallaşmasının ən çox yayılmış xarakterik formalarından biridir. Normal qəlibləmə və emal şəraitində kristal polimerlər adətən sferik kristal formalar əmələ gətirir.

Doldurucuların əlavə edilməsi dənlərin heterojen nüvələşməsində və incəlməsində rol oynayır:

Böyük və seyrək sferik kristallar kiçik və kompakt hala gəlir və sferik kristalların incəldilməsi və materialın möhkəmliyinin artırılması faydalıdır və polimerlərin sərtləşdirilməsi üçün təsirli bir üsul ola bilər.

Doldurucunun qatran matrisi ilə uyğunluğu kristal morfologiyasına da təsir göstərir:

Məsələn, Qiao Fang və digərləri müəyyən etmişdir ki, üzviləşdirilmiş montmorillonit neylon 6-nın sferik kristal quruluşunu məhv edir, əsasən neylon 6 molekulları üzviləşdirilmiş montmorillonit hissəcikləri ilə güclü birləşmə təsirinə malik olduğundan, kristallaşma prosesində neylon 6 molekulyar zəncir seqmentlərinin hərəkəti mane olur və radial istiqamətdə simmetrik və müntəzəm düzülüşdə böyümək çətindir, beləliklə, kristallaşma böyümə prosesi mane olur və beləliklə, natamam kristallar əmələ gəlir.

Lifli doldurulmuş polimer kompozitlərinin qəlibləmə prosesi zamanı liflər nüvələşmə rolunu oynaya bilər və sferik kristallar böyümə prosesi zamanı artıq üçölçülü böyümə üçün şəraitə malik olmur, bu da sonra sütunlu böyümə, yəni eninə kristallar əmələ gətirən yönümlü birölçülü böyümə formasını alır.

Nümunələr:

Nüvələşdirici maddələr qətranların kristallaşma davranışını dəyişdirə və polimerlərin mikroskopik morfologiyasını dəyişdirərək onlara yeni xüsusiyyətlər və funksiyalar verə bilən maddələr sinfidir və həm ölkə daxilində, həm də xaricdə cari tədqiqatların əsas mövzusudur.

Təsir mexanizmi: Əridilmiş vəziyyətdə, nüvə əmələ gətirən maddə lazımi nüvələri təmin etdikcə, polimer homogen nüvələşmədən heterojen nüvələşməyə keçir ki, bu da kristallaşma sürətini sürətləndirir və dənəcik strukturunu təkmilləşdirir, həmçinin məhsulun sərtliyini artırır.

Nüvələşdirici maddələr əsasən qeyri-üzvi nüvələşdirici maddələr, üzvi nüvələşdirici maddələr və polimer nüvələşdirici maddələrə bölünə bilər. Nanohissəcik nüvələşdirici maddələr, səthdə substratla sıx bağlı ola bilən və daha yaxşı uyğunluğa malik olan çoxsaylı aktiv mərkəzləri səbəbindən nüvələşdirici maddələrin tədqiqi üçün qaynar nöqtəyə çevrilmişdir və hissəciklər xarici qüvvələrə məruz qaldıqda asanlıqla kollektiv şəkildə ayrılmır.

Doldurucuların polimer kristallaşma kinetikasına təsiri

Polimer kristallaşma prosesi iki mərhələdən ibarətdir: nüvələşmə və böyümə. Avrami tənliyi adətən polimerlərin izotermik kristallaşma prosesini təsvir etmək üçün istifadə olunur və Avrami indeksi n və kristallaşma sürəti sabiti K-ni tapmaqla kristalların böyümə mexanizmini və böyümə sürətini əldə etmək olar.

Mucha M və digərləri karbon qara ilə doldurulmuş PP-nin kristallaşma kinetikasını araşdırarkən iki mərhələli kristallaşma fenomeninin olduğunu aşkar etdilər: PP-nin heterojen nüvələşməsi ilə əlaqəli kristallaşmanın erkən mərhələsində, karbon qara hissəciklərinin səthində nüvələşmə, kristallaşmanın erkən mərhələsində nüvələrin toqquşması baş vermədi və böyümə məhdudlaşmadı; ardınca kristallar arasında qarşılıqlı toqquşma nəticəsində böyümə sürətinin yavaşladığı yavaş kristallaşma mərhələsi gəldi. Kristallaşmanın erkən mərhələsində n təxminən 2.0, kristallaşmanın sonrakı mərhələsində isə n təxminən 3.0 idi. Həmçinin, müxtəlif miqdarda karbon qarasının əlavə edilməsinin K və n dəyərlərinə fərqli təsir göstərdiyi aşkar edildi. Eyni kristallaşma temperaturunda K dəyəri karbon qarasının əlavə edilməsinin artması ilə artdı.

Avrami tənliyinə görə, n dəyəri 4-dən kiçik və ya bərabər olan müsbət tam ədəd olmalıdır. Praktikada polimerlərin kristallaşma prosesinin n dəyəri adətən onluq ədəddir və 5-ə bərabər görünür ki, bu da faktiki kristallaşma prosesinin Avrami tənliyindən yayındığını və ikincil kristallaşma və ya sferik kristal toqquşması fenomeninin baş verdiyini göstərir.

Doldurulmuş polimerlərin kristal quruluş modeli

Son onilliklərdə nəzəriyyə və təcrübələr kristalların kristal və amorf bölgələri arasında həqiqətən də keçid zonasının olduğunu tam şəkildə nümayiş etdirmişdir. polimerlər, yəni kristal – amorf aralıq faza adlanan ara təbəqə.

Talkın kristal bölgəsinin, amorf bölgəsinin və aşağı sıxlıqlı polietilenin (LDPE) aralıq fazasının strukturuna təsiri dinamik ikiölçülü infraqırmızı spektroskopiya ilə təhlil edilmişdir. Nəticələr göstərir ki, talkın əlavə edilməsi LDPE-nin kristal struktur modelində müəyyən dəyişikliklər edir və talkın amorf faza ilə deyil, kristal bölgə ilə sıx bağlı olduğu qənaətinə gəlinir ki, bu da nəticədə struktur sxematik nəticəyə gətirib çıxarır.

Doldurucuların polimerlərin kristallaşma davranışına təsirinin öyrənilməsi kristal polimerlərin kristallaşma mexanizmini və kristallaşma modelini daha yaxşı başa düşməyə gətirib çıxara bilər. Bundan əlavə, doldurulmuş polimerlərin kristallaşma davranışı kompozitlərin xüsusiyyətlərinə birbaşa təsir göstərə bilər, buna görə də buna diqqət yetirilməlidir.

Doldurucuların polimerlərin kristal xüsusiyyətlərinə təsirinin öyrənilməsində müəyyən irəliləyişlər olsa da, daha dərin, sistemli və ətraflı tədqiqatlar hələ də nisbətən azdır və bu aspekt sistemləşdirilə bilsə, material hazırlanması və xüsusiyyətləri sahəsində daha yüksək səviyyəli tədqiqatlara səbəb olmalıdır.