Grazie alla loro grande resistenza e rigidità, le termoplastiche ingegnerizzate chiamate poliammidi sono spesso utilizzate. Tuttavia, alle poliammidi vengono spesso aggiunti agenti tenacizzanti per migliorarne ulteriormente le qualità meccaniche. Riducendo la velocità di propagazione delle cricche, rilasciando energia e rafforzando la resistenza del materiale agli urti, queste sostanze chimiche aumentano la tenacità delle poliammidi. Oltre a chiarire i meccanismi attraverso i quali i composti tenacizzanti migliorano le proprietà meccaniche delle poliammidi, il COACE fornirà un'analisi approfondita di questi meccanismi.

Ponte di fessura e deflessione delle fessure

Le fessure all'interno della matrice poliammidica possono essere colmate e deviate con successo da agenti indurenti come gli elastomeri termoplastici o le particelle di gomma. L'agente indurente sparso nella matrice assorbe l'energia quando si forma una cricca nel materiale, creando un ponte sulla superficie della cricca. Questo effetto ponte aumenta la resistenza del materiale alla frattura, ridistribuisce il carico e rallenta la diffusione delle cricche. Inoltre, l'elasticità dell'agente indurente consente la deflessione della cricca, che ne devia la direzione e ne ostacola ulteriormente la propagazione.

Agente indurente della gomma

Gli agenti di tempra della gomma, come le particelle di gomma a guscio, hanno proprietà eccezionali sia per l'assorbimento che per la dissipazione dell'energia. Queste particelle di gomma assorbono molta energia e subiscono una deformazione sostanziale in caso di impatto o deformazione. L'energia assorbita viene poi rilasciata all'interno della fase di gomma attraverso una serie di meccanismi, tra cui l'isteresi e il flusso viscoso. Questa dissipazione di energia ritarda la propagazione della cricca, riduce la concentrazione di tensioni all'estremità della cricca e aumenta la tenacità del materiale poliammidico.

Deformazione plastica e bendaggio a taglio

All'interno della matrice poliammidica, alcuni agenti tenacizzanti favoriscono la deformazione plastica e la formazione di bande di taglio. Quando l'agente indurente subisce una distorsione irreversibile sostanziale, provoca uno snervamento e una deformazione localizzati nella poliammide circostante. Questo fenomeno è noto come deformazione plastica. Questo meccanismo di deformazione plastica aumenta la resistenza del materiale alla propagazione delle cricche, la sua duttilità e l'assorbimento di energia. Gli agenti indurenti possono anche causare bande di taglio, caratterizzate da zone discrete di deformazione da taglio. Le bande di taglio conferiscono alle poliammidi una maggiore durata, impedendo la propagazione delle cricche.

Rinforzo e trasferimento del carico

Aggiungendo ulteriori canali portanti alla matrice poliammidica, gli agenti tenacizzanti come le nanoparticelle o i rinforzi in fibra la rinforzano. Grazie alle loro enormi aree superficiali e agli elevati rapporti d'aspetto, le nanoparticelle rafforzano la matrice impedendo la diffusione di cricche e generando forti connessioni interfacciali. I rinforzi in fibra di vetro o di carbonio disperdono il carico applicato nella matrice, riducendo la concentrazione di tensioni localizzate e bloccando la formazione di cricche. Questo sistema di rinforzo e trasferimento del carico migliora la resistenza, la rigidità e la tenacità del materiale.

Compatibilità di fase e adesione

Grazie al miglioramento della compatibilità di fase e dell'adesione, gli agenti tenacizzanti reattivi, come i copolimeri di butadiene-acrilonitrile (CTBN) a terminazione carbossilica, aumentano la tenacità delle poliammidi. Durante la lavorazione si produce una fase continua come risultato di una reazione chimica tra la matrice poliammidica e l'agente tenacizzante reattivo. Rafforzando l'adesione interfacciale tra la fase dispersa e la matrice, questa compatibilità di fase trasferisce efficacemente le sollecitazioni e impedisce la crescita di cricche. L'indurimento e la tempra delle poliammidi sono facilitati dalla maggiore compatibilità e adesione.

Alterazioni microstrutturali

Le poliammidi che hanno subito alterazioni microstrutturali a seguito di agenti tenacizzanti presentano una maggiore tenacità. Ad esempio, la morfologia delle poliammidi viene alterata dall'aggiunta di gomme liquide o oligomeri, con la conseguente creazione di microdomini o fasi sparse. Assorbendo e disperdendo le sollecitazioni, questi microdomini funzionano come aree di dissipazione dell'energia, migliorando la tenacità e la resistenza agli urti del materiale.

In conclusione, gli agenti chimici di tempra agiscono attraverso una serie di processi per migliorare la tenacità delle poliammidi. Tra i principali metodi utilizzati dagli agenti di tempra vi sono il ponte di frattura, la deviazione delle cricche, l'assorbimento e la dissipazione dell'energia, la deformazione plastica, la banda di taglio, il rinforzo, il trasferimento del carico, la compatibilità di fase, l'adesione e le alterazioni microstrutturali. Ingegneri e scienziati dei materiali possono costruire e ottimizzare in modo efficiente composizioni di poliammidi con una maggiore tenacità e prestazioni migliorate per una varietà di applicazioni, comprendendo questi metodi.