Die Verwendung von pfropfmodifiziertem Elastomer als Dispersionsphase und Kunststoff als Matrix zum Mischen und Verfestigen ist die wichtigste Technik der Kunststoffverfestigung, die die Schlagzähigkeit von Kunststoffen erheblich erhöhen kann. Das Elastomer, das eine dispergierte Phase ist, beeinflusst die Zähigkeit von Elastomer/Kunststoff-Mischungen in erster Linie durch die acht unten aufgeführten Faktoren.

01 Einfluss des Abstandes zwischen den Elastomerteilchen

Der Abstand ID der Elastomerteilchen hat einen entscheidenden Wert IDc für zähere Polymere. Erst wenn der Abstand ID zwischen den Elastomerteilchen in der dispergierten Phase kleiner als der entscheidende Wert IDc ist, findet der Übergang von spröde zu duktil statt und die Zähigkeit nimmt nicht nennenswert zu.

Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Mischung auch dann noch spröde ist, wenn der Abstand zwischen den Elastomerteilchen groß ist, weil das Spannungsfeld um die Teilchen nur minimale Auswirkungen auf andere Teilchen hat und das Spannungsfeld in der Matrix lediglich die Summe der Spannungsfelder dieser isolierten Teilchen ist. Die Matrixschicht der dispergierten Phase wird dünner, und die plastischen Zonen an den Spitzen der Silberkämme interagieren miteinander, wenn die Teilchen nahe genug am kritischen Punkt sind, an dem das Spannungsfeld nicht mehr eine einfache Summe ist. Die Risse wurden daran gehindert, sich auszudehnen, sobald der Dehnungszustand in eine ebene Dehnung überging, die Matrixschicht eine Scherfließfähigkeit aufwies und die Mischung eine Fließfähigkeit erzeugte.

2. Die Auswirkungen des Elastomergehalts

Die Rate der Risseinleitung, -verzweigung und -beendigung nimmt mit dem Elastomergehalt in der Kunststoffmatrix zu, und die Schlagzähigkeit steigt infolgedessen. Der Abstand zwischen den Partikeln der dispergierten Phase kann nur dann den entscheidenden Wert IDc erreichen, wenn der Elastomergehalt eine bestimmte Anzahl von Teilen erreicht, so dass der Zähigkeitseffekt erst dann sichtbar wird, wenn der Elastomergehalt diese Anzahl von Teilen erreicht.

3. Auswirkungen der Elastomerpartikelgröße

Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass zu große oder zu kleine Elastomerpartikel bei einem bestimmten Kunststofftyp weder erfolgreich Risse auslösen noch aufhalten können.

Die POE-Teilchen in der PBT-Matrix sind zu groß, um bei gleicher Zugabe Risse auszulösen und zu stoppen, daher ist der Zähigkeitseffekt nicht ohne weiteres erkennbar. Da W1A-2(POE-g-GMA) in PBT eine relativ geringe Teilchengröße hat, kann es die Schlagzähigkeit deutlich erhöhen. Da der kritische Teilchenabstand IDc für den Übergang von spröde zu duktil bei Harzen mit hoher Sprödigkeit relativ gering ist, ist die zähmachende Wirkung umso größer, je kleiner die Teilchengröße des Elastomers ist.

04 Einfluss der Glasübergangstemperatur von Elastomeren

Die Flexibilität der Molekülkette und die Zähigkeitswirkung auf Kunststoffe, insbesondere die Tieftemperatur-Zähigkeitswirkung, sind im Allgemeinen umso besser, je niedriger die Glasübergangstemperatur des Dispersionselastomers ist.

05 Einfluss der Kompatibilität von Elastomer und Matrixharz

Wenn die Kompatibilität zwischen der Elastomerphase und der Harzphase zu gut oder zu schlecht ist, ist sie nicht gut. Wenn die Kompatibilität zu gut ist, ist die Größe des Elastomers zu klein, und obwohl es ein homogenes System bildet, wird es keine gute Zähigkeitswirkung haben. Wenn die Kompatibilität zu schlecht ist, ist die Haftung zwischen den beiden Phasen unzureichend.

06 Auswirkungen des Gehalts an Harzeinschlüssen auf kolloidale Partikel

Eine stärkere Zähigkeitswirkung wird bei einem geringeren Gewichtsanteil des Elastomers erreicht, da das Harz in die Elastomerpartikel eingearbeitet wird, wodurch sich das effektive Volumen der Elastomerphase erhöht. Wenn jedoch zu viele Einschlüsse vorhanden sind, steigt der Elastizitätsmodul des Elastomerkörpers auf Werte, die dem Modul der Harzphase zu nahe kommen, und er verliert seine Fähigkeit, die Silberrissbildung einzuleiten und zu beenden. Dies verhindert, dass das Material härter wird. Dies bedeutet, dass auch die Menge der Harzeinschlüsse einen optimalen Wert hat.

07 Auswirkungen des Vernetzungsgrads von Elastomeren

Der Vernetzungsgrad des Elastomers hat einen ausreichenden Bereich. Wenn der Vernetzungsgrad zu hoch ist, ist es schwierig, den Zähigkeitseffekt zu erzielen, der Elastomermodul ist zu hoch und die Eigenschaften des Elastomers gehen verloren. Wenn der Vernetzungsgrad niedrig ist, werden die Elastomerteilchen leicht gebogen und brechen unter der Einwirkung von Scherkräften während der Verarbeitung, was ebenfalls nicht dazu beiträgt, die Zähigkeit der Elastomerphase zu erhöhen.

08 Einfluss des Elastizitätsmoduls

Der Elastomermodul steigt als Streuphase an, was sich nachteilig auf die Zähigkeit auswirkt. 

Die folgende Abbildung zeigt, dass der Elastizitätsmodul der dispergierten Phase umso niedriger ist, je einfacher der Übergang von spröde zu duktil bei demselben Matrixharz ist.

Damit der Kunststoff den Übergang von spröde zu duktil durchläuft und eine zufriedenstellende Zähigkeitswirkung erzielt, muss der Volumenanteil des Elastomers in der Regel einen bestimmten Wert erreichen und der Teilchenabstand muss unter dem kritischen Wert liegen. Um Polymere mit besonders hoher Zähigkeit zu erzeugen, sollten Sie Kunststoffelastomere mit niedriger Glasübergangstemperatur, reduziertem Modul, mäßiger Vernetzung und mäßiger Kompatibilität mit der Matrix verwenden.