Благодаря своей высокой прочности и жесткости, полиамиды часто используются в производстве термопластов. Тем не менее, в полиамиды часто добавляют упрочняющие вещества для дальнейшего улучшения их механических свойств. Уменьшая скорость распространения трещин, высвобождая энергию и повышая устойчивость материала к ударам, эти химические вещества повышают прочность полиамидов. Помимо выяснения механизмов, с помощью которых упрочняющие соединения улучшают механические свойства полиамидов, COACE проведет тщательный анализ этих механизмов.
Перекрытие трещин и прогиб трещин
Трещины внутри полиамидной матрицы могут быть успешно перекрыты и деформированы благодаря упрочняющие вещества например, термопластичные эластомеры или частицы резины. Упрочняющий агент, рассеянный по всей матрице, поглощает энергию, когда в материале начинает образовываться трещина, создавая мост через поверхность трещины. Этот мостиковый эффект повышает устойчивость материала к разрушению, перераспределяет нагрузку и замедляет распространение трещин. Кроме того, эластичность упрочнителя позволяет трещине отклоняться, что изменяет направление трещины и еще больше замедляет ее распространение.
Упрочняющий агент для резины
Упрочнители резины, такие как частицы резины с оболочкой, обладают выдающимися свойствами как для поглощения, так и для рассеивания энергии. Эти резиновые частицы поглощают большое количество энергии и испытывают значительную деформацию при ударе или деформации. Поглощенная энергия затем высвобождается внутри резиновой фазы с помощью ряда механизмов, включая гистерезис и вязкое течение. Эта диссипация энергии задерживает распространение трещины, уменьшает концентрацию напряжений на кончике трещины и повышает вязкость полиамидного материала.
Пластическая деформация и сдвиг ленты
Внутри полиамидной матрицы некоторые упрочняющие вещества способствуют пластической деформации и образованию полос сдвига. Когда упрочняющий агент испытывает значительное необратимое искажение, он вызывает локальную текучесть и деформацию в окружающем полиамиде. Это явление известно как пластическая деформация. Этот механизм пластической деформации повышает устойчивость материала к распространению трещин, увеличивает его пластичность и поглощает энергию. Упрочняющие агенты также могут вызывать сдвиговую полосчатость, которая характеризуется наличием дискретных зон сдвиговой деформации. Полосы сдвига обеспечивают полиамидам повышенную прочность, предотвращая распространение трещин.
Усиление и передача нагрузки
Добавляя в полиамидную матрицу дополнительные несущие каналы, упрочняющие агенты, такие как наночастицы или волокнистые армирующие элементы, усиливают ее. Благодаря огромной площади поверхности и высокому аспектному соотношению наночастицы укрепляют матрицу, предотвращая распространение трещин и создавая прочные межфазные соединения. Волокнистые армирующие элементы из стекла или углеродного волокна рассеивают приложенную нагрузку по всей матрице, уменьшая локальную концентрацию напряжений и останавливая образование трещин. Благодаря такой системе армирования и передачи нагрузки повышается прочность, жесткость и вязкость материала.
Фазовая совместимость и адгезия
Благодаря улучшению совместимости фаз и адгезии реактивные упрочнители, такие как карбоксил-терминированные сополимеры бутадиен-акрилонитрила (CTBN), повышают прочность полиамидов. В результате химической реакции между полиамидной матрицей и реактивным упрочняющим агентом в процессе переработки образуется непрерывная фаза. Усиливая межфазную адгезию между дисперсной фазой и матрицей, эта фазовая совместимость эффективно передает напряжение и предотвращает рост трещин. Упрочнение и закалка полиамидов облегчаются благодаря улучшенной совместимости и адгезии.
Микроструктурные изменения
Полиамиды, подвергшиеся микроструктурным изменениям под воздействием упрочняющих агентов, обладают повышенной прочностью. Например, морфология полиамидов изменяется при добавлении жидких каучуков или олигомеров, что приводит к образованию микродоменов или рассеянных фаз. Поглощая и рассеивая напряжение, эти микродомены функционируют как области рассеивания энергии, повышая вязкость и ударопрочность материала.
В заключение следует отметить, что упрочняющие реагенты работают через различные процессы, повышающие вязкость полиамидов. Среди основных методов, которые используют упрочняющие реагенты, - перекрытие трещин, отклонение трещин, поглощение и рассеивание энергии, пластическая деформация, сдвиг полос, армирование, передача нагрузки, совместимость фаз, адгезия и микроструктурные изменения. Инженеры и материаловеды могут эффективно создавать и оптимизировать полиамидные композиции с повышенной вязкостью и улучшенными эксплуатационными характеристиками для различных применений, изучив эти методы.
