Struktur und Morphologie von Polymermischungen

Eines der wichtigsten Elemente, die die Leistung von Polymermischungen beeinflussen, ist ihre morphologische Struktur. Polymermischungen sind heterogen, daher weisen verschiedene Zusammensetzungen unterschiedliche morphologische Strukturen auf. Die Verarbeitung kann dazu führen, dass sich selbst Mischungen gleicher Zusammensetzung unterscheiden. Verschiedene Umweltfaktoren führen ebenfalls zu unterschiedlichen morphologischen Strukturen.

Die Eigenschaften von Polymermischungen werden durch verschiedene morphologische Merkmale erheblich verändert. Durch die Untersuchung der morphologischen Strukturen von Polymerlegierungen können wir den Grad der Kompatibilität zwischen den Polymeren bestimmen und damit den Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung des Systems, der Kompatibilität, der Mikrostruktur und den mechanischen Eigenschaften ermitteln.

Mikrostruktur einer Polymerlegierung

(1) Morphologische Eigenschaften von amorphen Polymermischsystemen

Es gibt drei Hauptkategorien von morphologischen Strukturen für amorphe Polymer-Blend-Systeme: sich gegenseitig durchdringende zweiphasige kontinuierliche Struktur, zweiphasige Verzahnung (auch als versetzte Struktur bekannt) und einphasige kontinuierliche Struktur.

(2) Morphologische Eigenschaften von kristallinen Polymerlegierungen

Kristalline Polymerlegierungen gibt es in zwei verschiedenen Varianten. Im Mischsystem ist eine Komponente ein kristallines Polymer, während die anderen Komponenten amorphe Polymere sind. Im Copolymersystem sind alle Polymere kristalline Polymere.

Polymer-Sphärolithe

(3) Grenzschicht aus Polymermischung und Legierung

Das gemischte System aus zwei Polymeren, das aus den unabhängigen Bereichen der beiden Polymere und der zwischen den beiden Polymeren gebildeten Übergangszone besteht, weist drei regionale Strukturen auf. Die Grenzschicht ist die Bezeichnung für diesen Übergangsbereich. Die Struktur und die Eigenschaften der Grenzschicht, die den Grad der Kompatibilität zwischen den Polymeren in der Mischung und die Stärke der Bindungen zwischen den Phasen ausdrücken, haben großen Einfluss auf die Leistung der Mischung.
Bildung der Grenzschicht: Das Polymer durchläuft beim Mischen zwei Phasen. In der ersten Phase kommen die beiden Polymere miteinander in Kontakt. Die gegenseitige Diffusion der makromolekularen Segmente der beiden Polymere ist die zweite Phase. Die Bildung der zweiphasigen Grenzflächenschicht ist ebenfalls das Ergebnis der gegenseitigen Diffusion der makromolekularen Ketten.

Polymer plus Glasfaser-Mikrostruktur

Die gegenseitige Diffusion von makromolekularen Polymersegmenten kann unter zwei verschiedenen Umständen stattfinden:

Die beiden Makromolekülsegmente diffundieren mit ähnlicher Geschwindigkeit ineinander, wenn zwei polymere Makromoleküle vergleichbare Mobilitäten haben;
Die Geschwindigkeit der Diffusion zwischen den beiden Phasen ist sehr unterschiedlich und kann sogar in eine Richtung gehen, wenn die Mobilität der beiden Makromoleküle sehr unterschiedlich ist. In beiden Phasen besteht ein deutliches Konzentrationsgefälle, da die makromolekularen Segmente der beiden Polymere untereinander diffundieren.

Dicke der Grenzflächenschicht: Die Kompatibilität der beiden Polymere hat einen großen Einfluss auf die Dicke der Grenzschicht. Ein sehr deutlicher und ausgeprägter Phasenkontakt zwischen den beiden Phasen ist gegeben, wenn zwei Polymere mit schlechter Kompatibilität kombiniert werden;

Der Grad der Interdiffusion der makromolekularen Segmente der beiden Phasen in der Mischung ist hoch, wenn die beiden Polymere kompatibel sind, und die Dicke der Grenzschicht zwischen den beiden Phasen ist hoch. Wenn die beiden Polymere vollständig mischbar sind, weist das Gemisch eine scharfe Phasengrenzfläche auf. Wenn sich schließlich ein homogenes System bildet, verschwindet die Phasengrenzfläche vollständig.
Grenzflächenhaftung: Die chemische Bindung zwischen den beiden Polymermakromolekülen und die sekundäre Valenzkraft zwischen den beiden Phasen bestimmen, wie gut zwei Polymeroberflächen aneinander haften. Bei den meisten Polymermischungen ist die Grenzflächenspannung ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Größe der subvalenten Kraft. Die Haftfestigkeit nimmt zu, wenn die Grenzflächenspannung zwischen den beiden Phasen abnimmt. Sie hängt mit der Kompatibilität zwischen den Polymeren zusammen, die auf dem Ausmaß der gegenseitigen Diffusion der Polymersegmente beruht. Je stärker die Haftfestigkeit der Grenzfläche und je besser die mechanischen Eigenschaften der Mischung sind, desto besser ist die Kompatibilität.