폴리아미드라고 하는 엔지니어링 열가소성 플라스틱은 강도와 강성이 뛰어나기 때문에 자주 사용됩니다. 그럼에도 불구하고 폴리아미드에는 기계적 특성을 더욱 향상시키기 위해 강화제가 첨가되는 경우가 많습니다. 이러한 화학물질은 균열이 전파되는 속도를 줄이고 에너지를 방출하며 충격에 대한 소재의 저항력을 강화함으로써 폴리아미드의 인성을 높입니다. 강화 화합물이 폴리아미드의 기계적 특성을 향상시키는 메커니즘을 명확히 밝히는 것 외에도 COACE는 이러한 메커니즘에 대한 철저한 분석을 제공할 것입니다.
크랙 브리징 및 크랙 디플렉션
폴리아미드 매트릭스 내부의 균열은 다음과 같은 방법으로 성공적으로 브리징 및 편향시킬 수 있습니다. 강화제 열가소성 엘라스토머나 고무 입자처럼 말입니다. 매트릭스 전체에 흩어져 있는 강화제는 재료에 균열이 생기기 시작하면 에너지를 흡수하여 균열 표면을 가로지르는 다리를 만듭니다. 이러한 브리징 효과는 재료의 파손 저항성을 높이고 하중을 재분배하며 균열의 확산 속도를 늦춥니다. 또한 강화제의 탄성은 균열의 방향을 재조정하고 균열의 확산을 더욱 방해하는 균열 편향을 허용합니다.
고무 강화제
코어-쉘 고무 입자와 같은 고무 강화제는 에너지 흡수와 소산 모두에 뛰어난 특성을 가지고 있습니다. 이러한 고무 입자는 충격이나 변형 시 많은 에너지를 흡수하고 상당한 변형을 경험합니다. 흡수된 에너지는 히스테리시스와 점성 흐름을 포함한 여러 메커니즘에 의해 고무 상 내에서 방출됩니다. 이러한 에너지 방출은 균열의 전파를 지연시키고 균열 끝의 응력 집중을 줄이며 폴리아미드 소재의 인성을 증가시킵니다.
소성 변형 및 전단 밴딩
폴리아미드 매트릭스 내에서 특정 강화제는 소성 변형과 전단 밴딩을 촉진합니다. 강화제가 상당한 비가역적 왜곡을 경험하면 주변 폴리아미드에 국부적인 항복과 변형을 일으킵니다. 이러한 현상을 소성 변형이라고 합니다. 이러한 소성 변형 메커니즘은 균열 전파에 대한 소재의 저항력을 높이고 연성을 증가시키며 에너지를 흡수합니다. 강화제는 또한 개별적인 전단 변형 영역이 특징인 전단 밴딩을 유발할 수 있습니다. 전단 밴드는 균열이 퍼지는 것을 방지하여 폴리아미드의 내구성을 높여줍니다.
보강 및 하중 전달
폴리아미드 매트릭스에 더 많은 하중 지지 채널을 추가하면 나노 입자나 섬유 보강재와 같은 강화제가 매트릭스를 강화합니다. 나노 입자는 표면적이 넓고 종횡비가 높기 때문에 균열의 확산을 방지하고 강력한 계면 연결을 생성하여 매트릭스를 강화합니다. 유리 또는 탄소섬유 보강재는 매트릭스 전체에 가해지는 하중을 분산시켜 국부적인 응력 집중을 줄이고 균열 형성을 중단시킵니다. 이러한 보강 및 하중 전달 시스템을 통해 재료의 강도, 강성 및 인성이 향상됩니다.
위상 호환성 및 접착력
카복실 말단 부타디엔 아크릴로니트릴(CTBN) 공중합체와 같은 반응성 강화제는 상 호환성 및 접착력을 개선하여 폴리아미드의 인성을 높입니다. 폴리아미드 매트릭스와 반응성 강화제 사이의 화학 반응의 결과로 가공 중에 연속 상이 생성됩니다. 이 상 호환성은 분산상과 매트릭스 사이의 계면 접착력을 강화하여 응력을 효율적으로 전달하고 균열 성장을 방지합니다. 폴리아미드의 경화 및 강화는 향상된 호환성 및 접착력에 의해 촉진됩니다.
미세 구조 변경
강화제로 인해 미세 구조가 변경된 폴리아미드는 인성이 증가합니다. 예를 들어, 액상 고무 또는 올리고머를 첨가하면 폴리아미드의 형태가 변경되어 마이크로 도메인 또는 흩어져 있는 상이 생성됩니다. 이러한 마이크로 도메인은 응력을 흡수하고 분산함으로써 에너지 방출 영역으로 기능하여 소재의 인성과 내충격성을 향상시킵니다.
결론적으로, 강화 화학물질은 폴리아미드의 인성을 개선하기 위해 다양한 공정을 통해 작용합니다. 강화제가 사용하는 주요 방법으로는 골절 브리징, 균열 변형, 에너지 흡수 및 소산, 소성 변형, 전단 밴딩, 강화, 하중 전달, 상 호환성, 접착력 및 미세 구조 변경 등이 있습니다. 엔지니어와 재료 과학자는 이러한 방법을 이해함으로써 다양한 용도에 맞게 인성을 높이고 성능을 향상시킨 폴리아미드 소재를 효율적으로 제작하고 최적화할 수 있습니다.
