Aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Steifigkeit werden häufig technische Thermoplaste, sogenannte Polyamide, verwendet. Dennoch werden den Polyamiden häufig Zähigkeitsmittel zugesetzt, um ihre mechanischen Eigenschaften weiter zu verbessern. Diese Chemikalien erhöhen die Zähigkeit von Polyamiden, indem sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Rissen verringern, Energie freisetzen und die Schlagfestigkeit des Materials erhöhen. Die COACE wird nicht nur die Mechanismen klären, über die zähmachende Verbindungen die mechanischen Eigenschaften von Polyamiden verbessern, sondern auch eine gründliche Analyse dieser Mechanismen vornehmen.
Rissüberbrückung und Rissverformung
Risse in der Polyamidmatrix können erfolgreich überbrückt und abgelenkt werden durch Zähigkeitserzeuger wie thermoplastische Elastomere oder Gummipartikel. Das in der Matrix verteilte Zähigkeitsmittel absorbiert Energie, wenn sich ein Riss im Material zu bilden beginnt, und bildet eine Brücke über die Rissoberfläche. Dieser Brückeneffekt erhöht die Bruchfestigkeit des Materials, verteilt die Last um und verlangsamt die Ausbreitung von Rissen. Darüber hinaus ermöglicht die Elastizität des Zähigkeitsmittels eine Ablenkung des Risses, wodurch die Richtung des Risses umgelenkt und seine Ausbreitung noch weiter verlangsamt wird.
Kautschuk-Zähigkeitsvermittler
Kautschuk-Zähigkeitsmittel, wie z. B. Kern-Mantel-Gummipartikel, haben hervorragende Eigenschaften sowohl bei der Energieaufnahme als auch bei der Energiedissipation. Diese Gummipartikel absorbieren viel Energie und verformen sich bei einem Aufprall oder einer Verformung erheblich. Die absorbierte Energie wird dann innerhalb der Gummiphase durch eine Reihe von Mechanismen freigesetzt, darunter Hysterese und viskoses Fließen. Diese Energiedissipation verzögert die Ausbreitung des Risses, verringert die Spannungskonzentration an der Rissspitze und erhöht die Zähigkeit des Polyamidmaterials.
Plastische Verformung und Scherbandbildung
Innerhalb der Polyamidmatrix fördern bestimmte Vorspannmittel die plastische Verformung und die Scherbandbildung. Wenn das Vorspannmittel eine erhebliche irreversible Verformung erfährt, bewirkt es ein örtliches Nachgeben und eine Verformung des umgebenden Polyamids. Dieses Phänomen wird als plastische Verformung bezeichnet. Dieser Mechanismus der plastischen Verformung erhöht die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen die Rissausbreitung, steigert seine Duktilität und absorbiert Energie. Verfestigungsmittel können auch Scherbänder verursachen, die durch diskrete Scherverformungszonen gekennzeichnet sind. Scherbänder verleihen Polyamiden eine längere Haltbarkeit, da sie die Ausbreitung von Rissen verhindern.
Bewehrung und Lastübertragung
Indem sie der Polyamidmatrix mehr tragende Kanäle hinzufügen, verstärken Zähigkeitsmittel wie Nanopartikel oder Faserverstärkungen die Matrix. Aufgrund ihrer großen Oberfläche und ihres hohen Aspektverhältnisses stärken Nanopartikel die Matrix, indem sie die Ausbreitung von Rissen verhindern und starke Grenzflächenverbindungen erzeugen. Faserverstärkungen aus Glas- oder Kohlenstofffasern verteilen die aufgebrachte Last über die gesamte Matrix, wodurch lokale Spannungskonzentrationen verringert und die Bildung von Rissen verhindert werden. Die Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit des Materials wird durch dieses Verstärkungs- und Lastübertragungssystem verbessert.
Phasenkompatibilität und Adhäsion
Reaktive Vorspannmittel, wie z. B. Carboxyl-terminierte Butadien-Acrylnitril-Copolymere (CTBN), erhöhen durch verbesserte Phasenverträglichkeit und Haftung die Zähigkeit von Polyamiden. Bei der Verarbeitung entsteht eine kontinuierliche Phase als Ergebnis einer chemischen Reaktion zwischen der Polyamidmatrix und dem reaktiven Vorspannmittel. Durch die Verstärkung der Grenzflächenhaftung zwischen der dispergierten Phase und der Matrix überträgt diese Phasenkompatibilität effizient Spannungen und verhindert Risswachstum. Die Aushärtung und Zähigkeit von Polyamiden wird durch die verbesserte Kompatibilität und Adhäsion begünstigt.
Mikrostrukturelle Veränderungen
Polyamide, deren Mikrostruktur durch Zähigkeitserzeuger verändert wurde, weisen eine höhere Zähigkeit auf. Beispielsweise wird die Morphologie von Polyamiden durch den Zusatz von Flüssigkautschuken oder Oligomeren verändert, was zur Bildung von Mikrodomänen oder verstreuten Phasen führt. Indem sie Spannungen absorbieren und verteilen, fungieren diese Mikrodomänen als energiedissipierende Bereiche und verbessern die Zähigkeit und Schlagfestigkeit des Materials.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Zähigkeitschemikalien die Zähigkeit von Polyamiden durch eine Vielzahl von Verfahren verbessern. Zu den wichtigsten Methoden, die Zähigkeitsmittel anwenden, gehören Bruchüberbrückung, Rissablenkung, Energieabsorption und -dissipation, plastische Verformung, Scherbandbildung, Verstärkung, Lastübertragung, Phasenkompatibilität, Haftung und mikrostrukturelle Veränderungen. Ingenieure und Materialwissenschaftler können Polyamidzusammensetzungen mit erhöhter Zähigkeit und verbesserter Leistung für eine Vielzahl von Anwendungen effizient herstellen und optimieren, wenn sie diese Methoden verstehen.
