01 Caratterizzazione della tenacità delle materie plastiche

La tenacità, in contrapposizione alla rigidità, è una qualità che rappresenta la difficoltà di deformazione di un oggetto. La probabilità di deformazione diminuisce con l'aumento della rigidità, ma la deformazione è più semplice con l'aumento della tenacità. In generale, la rigidit&agrave di un materiale ne determina la durezza, la resistenza alla trazione, il modulo di Young, la resistenza alla flessione e il modulo di flessione; al contrario, la tenacia di un materiale ne determina l'allungamento a rottura e la resistenza all'urto. big. La resistenza all'impatto è la capacità di una scanalatura o di un pezzo di sopravvivere a un impatto; spesso si riferisce alla quantità di energia che la scanalatura può sopportare prima di rompersi. 

La resistenza all'urto non può essere classificata come un attributo fondamentale del materiale, poiché varia in base alla forma della scanalatura, alla procedura di prova e allo stato del campione.

Le prove d'urto possono essere eseguite in vari modi. Esistono tre diversi tipi di prove d'urto a seconda della temperatura di prova: impatto a temperatura normale, impatto a bassa temperatura e impatto ad alta temperatura. Inoltre, in base allo stato di sollecitazione del campione, esistono quattro diversi tipi di prove d'urto: urti di flessione (compresi gli urti con travi a sbalzo e charpy), urti di trazione, urti di torsione e urti di taglio. Gli impatti di taglio possono essere suddivisi in due categorie: impatti singoli ad alta energia e molti impatti a bassa energia, a seconda del numero di impatti effettuati. Le tecniche di prova d'urto possono essere scelte per diversi materiali o applicazioni, il che porta a una varietà di risultati che non possono essere confrontati.

02 Meccanismo di tempra della plastica

Esistono due tipi di tempra plastica: la tempra rigida e la tempra flessibile. Le teorie dell'assorbimento diretto di energia da parte degli elastomeri, dello snervamento, del nucleo della cricca, della cricca multipla, della banda di taglio, della ramificazione della cricca, la teoria di Wu's, ecc. sono esempi del meccanismo di tempra. L'ipotesi della craze-shear band è una di quelle che ha ottenuto un grande consenso, poiché è in grado di spiegare in modo soddisfacente una serie di dati sperimentali.

L'ipotesi del craze-shear band prevede che le particelle di gomma svolgano principalmente due ruoli nel sistema di mescola di gomma e plastica:

Da un lato, provoca molte fessure e bande di taglio nella matrice come sede di sollecitazioni concentrate;

D'altra parte, si può evitare che le cricche si trasformino in fratture distruttive limitandone la capacità di diffusione.

Le bande di taglio possono essere indotte dal campo di stress verso la fine della frenesia per arrestarla. Inoltre, impedisce alle cricche di crescere quando entrano nella zona di taglio. L'energia viene utilizzata durante la formazione e la crescita di molte cricche e bande di taglio quando il materiale è sollecitato, il che aumenta la tenacità del materiale stesso. La formazione di bande di taglio è associata alla formazione di colli stretti, mentre la cricca si manifesta macroscopicamente come un evento di sbiancamento da stress. Questi due fenomeni hanno comportamenti distinti in vari substrati plastici.

03 Fattori che contribuiscono all'impatto della tempra della plastica

1. Caratteristiche della resina della matrice

Secondo alcuni studi, l'aumento della durezza della resina della matrice'aumenterà anche l'effetto di tempra delle plastiche temprate. Per aumentare la tenacità della resina matrice'si possono utilizzare i seguenti metodi: gestire la cristallizzazione e la cristallinità, la dimensione e la forma dei cristalli, ecc; aumentare il peso molecolare della resina matrice'per restringere la distribuzione del peso molecolare. Ad esempio, l'aggiunta di un agente nucleante al polipropilene (PP) accelera la cristallizzazione e affina la struttura dei grani, aumentando la tenacità alla frattura del materiale.

2. Dose e caratteristiche dell'agente indurente

A. La dimensione delle particelle dell'agente indurente'fase dispersa'Le qualità della resina matrice e il valore ideale della dimensione delle particelle della fase dispersa dell'elastomero'sono diversi per le plastiche indurite con elastomeri. Ad esempio, la dimensione ideale delle particelle di gomma nell'HIPS è compresa tra 0,8 e 1,3 m, la dimensione ideale delle particelle dell'ABS è di circa 0,3 m e la dimensione ideale delle particelle dell'ABS modificato con PVC è di circa 0,1 m.

B. Temperatura di transizione vetrosa del tensore - l'effetto di tempra è migliore quando la temperatura di transizione vetrosa degli elastomeri generici è più bassa;

C. La forza di legame interfacciale tra l'agente indurente e la resina della matrice, che influisce sull'effetto indurente in modo diverso a seconda del sistema;

D. La struttura dei tenaci elastomeri, che dipende dal tipo di elastomero, dal grado di reticolazione, ecc.

E. La quantità di agente indurente - il parametro della distanza tra le particelle è collegato alla quantità ideale di agente indurente fornito;

3. La forza che unisce le due fasi

Le prestazioni complessive macroscopicamente più elevate della plastica sono dovute principalmente all'aumento della resistenza all'urto, ma una buona forza di legame tra le due fasi può anche consentire di convogliare con successo le sollecitazioni tra le fasi utilizzando più energia. Questa forza di legame è tipicamente considerata come l'interazione tra due fasi. La copolimerizzazione a blocchi e quella a innesto sono tecniche frequenti per aumentare la forza di legame tra due fasi. La differenza è che creano legami chimici utilizzando tecniche come l'innesto e la copolimerizzazione a blocchi. HIPS, ABS, SBS e PUR sono esempi di copolimeri a blocchi.

Rientra nella categoria della miscelazione fisica per polimeri induriti, ma l'idea di base è la stessa. I due componenti devono essere in qualche modo compatibili e creare le proprie fasi nel meccanismo di miscelazione ideale. Tra le fasi c'è uno strato di interfaccia. Le catene molecolari dei due polimeri'si diffondono reciprocamente nello strato di interfaccia e il gradiente di concentrazione è evidente. Con l'intensificarsi della miscelazione, la compatibilit&agrave dei componenti si traduce in una forte forza di legame, che successivamente migliora la diffusione per disperdere l'interfaccia e ispessire lo strato di interfaccia. A questo punto, la tecnologia cruciale per la creazione di leghe polimeriche è la tecnologia di compatibilità dei polimeri, che comprende anche la tempra della plastica!

04 Quali sono le tecniche di tempra della plastica?

EPR (etilene propilene diene), EPDM (etilene propilene diene), gomma butadiene (BR), gomma naturale (NR), gomma isobutilene (IBR), gomma nitrile (NBR), ecc. sono esempi di elastomeri di gomma temprati. Tutte le resine plastiche possono essere modificate per diventare più dure con questo metodo.

2. SBS, SEBS, POE, TPO, TPV, ecc. sono temprati con elastomeri termoplastici. Si usa soprattutto per temprare le poliolefine o le resine non polari; quando si usa per temprare i polimeri con gruppi funzionali polari, come i poliesteri e le poliammidi, si deve aggiungere un compatibilizzante.

3. Rafforzamento dei terpolimeri reattivi e dei copolimeri core-shell

ACR sta per "acrilati", MBS per "copolimero metilacrilato-butadiene-stirene", PTW per "copolimero etilene-butilacrilato-glicidilmetacrilato" e così via. La maggior parte delle sue applicazioni riguarda il rafforzamento delle plastiche tecniche e delle leghe polimeriche resistenti alle alte temperature.

4. Tempra e miscelazione di plastica ad alta resistenza

PC/ABS, PC/PBT, HIPS/PPO, PP/PA, PP/ABS, PA/ABS, PPS/PA, ecc. I tecnopolimeri ad alta tenacità possono essere realizzati in gran parte grazie all'uso della tecnologia delle leghe polimeriche.

5. Ulteriori tecniche di tempra

Irrigidimento della resina Sarin (uno ionomero metallico di DuPont), irrobustimento con nanoparticelle (ad esempio con nano-CaCO3), ecc.

La polimerizzazione per addizione a radicali liberi è tipicamente utilizzata per produrre polimeri di uso generale. I gruppi polari sono assenti dalle catene laterali e dalla catena principale della molecola. I tecnopolimeri possono essere irrobustiti con l'aggiunta di particelle di gomma ed elastomero per ottenere un maggiore effetto di irrobustimento. In genere, si ricorre alla polimerizzazione per condensazione. I gruppi polari si trovano nella catena laterale o nel gruppo terminale della catena molecolare. Può essere reso più tenace utilizzando particelle di gomma o elastomero funzionalizzate.

05 Come comprendere che la capacità deve essere aumentata prima della tempra

In generale, quando sono esposte a forze esterne, le materie plastiche assorbono e rilasciano energia attraverso i processi di debonding dell'interfaccia, cavitazione e cedimento a taglio della matrice. Gli elastomeri ad alta compatibilità, ad eccezione delle resine polimeriche non polari, possono essere applicati direttamente. Per raggiungere l'obiettivo della tempra finale quando si utilizzano le particelle (stesso principio di compatibilità), le altre resine polari devono essere compatibilizzate con successo. I copolimeri di innesto sopra indicati interagiscono fortemente con la matrice quando vengono utilizzati come tenacizzanti, tra cui:

(1) La reazione di addizione tra il gruppo funzionale epossidico e il gruppo terminale idrossilico, carbossilico o amminico del polimero'avviene dopo l'apertura dell'anello.

(2) Meccanismo di tempra core-shell: la gomma ha un effetto di tempra mentre il gruppo funzionale esterno è completamente compatibile con i componenti;

(3) Meccanismo di tempra degli ionomeri: La rete di reticolazione fisica si crea quando gli ioni metallici e i gruppi carbossilati delle catene polimeriche si complessano, indurendo il materiale.

In realtà, questo approccio di compatibilizzazione può essere applicato a tutte le miscele di polimeri, se si considera il tenace come una classe di polimeri. La compatibilizzazione reattiva è un metodo che dobbiamo impiegare quando creiamo miscele di polimeri pratiche per l'industria. Il termine "agente indurente" si riferisce ora rispettivamente a un "emulsionante interfacciale" o a un "compatibilizzante indurente". Il nome è piuttosto espressivo!