Поскольку полимерные композиты обладают лучшими механическими, термическими и электрическими свойствами, чем чистые полимеры, они находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Прививка малеинового ангидрида (МАГ) к полимерной матрице - полезная техника для улучшения характеристик полимерных композитов. Цель данной статьи - дать подробное объяснение того, как привитые полимеры MAH улучшают совместимость и межфазную адгезию полимерных композитов. В статье будут рассмотрены механизмы, лежащие в основе этого процесса, важные переменные, влияющие на характеристики межфазного взаимодействия, и последствия для общих характеристик композитов.
Межфазная адгезия в полимерных композитах
Общие механические свойства полимерных композитов во многом определяются межфазной областью, которая существует между полимерной матрицей и наполнителем или армирующим веществом. Слабое сцепление, снижение передачи нагрузки и раннее разрушение композитного материала могут быть результатом плохой межфазной адгезии. Улучшение межфазной адгезии имеет решающее значение для оптимизации характеристик полимерных композитов.
Повышение межфазной адгезии в полимерных композитах с помощью прививки малеинового ангидрида (MAH)
Малеиновый ангидрид (МАГ) часто прививают к полимерам для улучшения межфазной адгезии. Ковалентное присоединение МАГ к полимерным цепям позволяет добавить больше функциональных групп в процессе прививки. Улучшение межфазной адгезии может быть результатом взаимодействия между этими привитыми единицами MAH и наполнителем или армирующим веществом.
Функции привитых блоков MAH
Привитые единицы MAH вносят значительный вклад в улучшение межфазной совместимости и адгезии по нескольким направлениям.
a. Химическое связывание: Реактивные участки обеспечиваются присутствием единиц MAH, что позволяет осуществлять химическую связь с армирующим агентом или наполнителем. Между привитыми МАГ и функциональными группами на поверхности частиц наполнителя или армирующих волокон могут образовываться прочные межфазные соединения за счет образования ковалентных связей. Механические свойства композита улучшаются в результате такого химического связывания, что также улучшает передачу нагрузки и распределение напряжения по границе раздела.
b. Улучшение совместимости: Прививка MAH делает полимерную матрицу и наполнитель/усиливающий агент более совместимыми. Лучшее смачивание и диспергирование наполнителя или армирующего агента в полимерной матрице облегчается благодаря полярности привитых единиц MAH. Улучшение совместимости приводит к созданию более однородной структуры композита и улучшению межфазных характеристик за счет уменьшения фазового расслоения, агрегации и образования пустот.
c. Межфазный перенос напряжения: Между полимерной матрицей и наполнителем или армирующим материалом привитые единицы MAH функционируют как посредники при передаче напряжения. Успешно преодолевая границу раздела и передавая механические нагрузки, они способствуют распределению нагрузки и прекращают концентрацию напряжений. Благодаря такому механизму передачи напряжений повышается общая прочность, жесткость и вязкость композитного материала.
d. Барьерные свойства: Прививка MAH может также улучшить барьерные свойства полимерной матрицы. Межфазная зона, образованная привитыми элементами MAH, становится более плотной и изогнутой, что препятствует диффузии ионов, жидкостей и газов через границу раздела. Применения, требующие устойчивости к химическим агентам или условиям окружающей среды, могут выиграть от такого усиленного барьерного эффекта.
На межфазную адгезию влияют следующие факторы
Межфазная адгезия и совместимость полимерных композитов, привитых MAH, зависят от множества параметров.
a. Степень прививки: На межфазные свойства большое влияние оказывает степень прививки МАХ, или количество привитых единиц МАХ на полимерную цепь. Более высокая степень прививки обычно приводит к повышению совместимости и улучшению химической связи, что улучшает межфазную адгезию.
b. Полимерная матрица: На межфазную адгезию большое влияние оказывает тип полимерной матрицы, используемой в композитной системе. Для прививки МАГ часто используются полимеры с реактивными функциональными группами, такие как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) или полиэтилентерефталат (ПЭТ). Структурные группы или ненасыщенные связи способствуют эффективному межфазному соединению и прививке.
c. Наполнитель или армирующий агент: На межфазную адгезию влияет вид, химический состав поверхности и морфология наполнителя или армирующего агента. Функциональные группы на поверхности наполнителя могут помочь привитым единицам MAH легче образовывать химические связи. На механическое сцепление и межфазную площадь также влияют размер частиц, соотношение сторон и шероховатость поверхности, которые оказывают влияние на межфазные свойства.
d. Условия обработки: На межфазную адгезию большое влияние оказывают условия обработки, включающие температуру, давление и усилия сдвига. Идеальные параметры обработки гарантируют хорошую дисперсность наполнителя или армирующего вещества и способствуют межфазному сцеплению с привитыми блоками MAH.
Влияние на характеристики полимерных композитов
Улучшенная совместимость и межфазная адгезия, достигаемые с помощью прививки MAH, имеют ряд благоприятных последствий для общих характеристик полимерных композитов:
a. Лучшие механические свойства: Улучшенные механические свойства композита, такие как повышенная прочность на растяжение, изгиб и ударопрочность, являются результатом улучшенной межфазной адгезии. Общая структурная целостность композитного материала повышается, а раннее разрушение предотвращается благодаря эффективной передаче напряжения через границу раздела.
b. Повышенная термостабильность: Уменьшая термическое разрушение на границе раздела фаз, прививка МАХ может повысить термостабильность полимерной матрицы. Действуя как термостабилизаторы, привитые единицы MAH снижают скорость разрушения полимерных цепей и сохраняют механические характеристики композита при высоких температурах.
c. Улучшенная электропроводность: Прививка MAH может улучшить межфазную адгезию между полимерной матрицей и проводящими наполнителями, включая металлические наночастицы или углеродные нанотрубки, в конкретных областях применения, таких как проводящие композиты. В результате улучшения адгезии повышается электропроводность композитного материала, что способствует эффективной передаче электронов через границу раздела.
d. Индивидуальные характеристики: Композитные характеристики могут быть подобраны с помощью MAH-привитые полимеры. Степень прививки и выбор наполнителей и полимерной матрицы позволяют гибко изменять параметры прививки, что может быть использовано для настройки свойств композита под конкретные нужды. Благодаря этой гибкости становится возможным создание полимерных композитов с желаемыми сочетаниями механических, термических, электрических и барьерных свойств.
Для улучшения межфазной адгезии и совместимости в полимерных композитах очень важна прививка MAH к полимерам. Привитые МАГ способствуют передаче напряжения, укрепляют совместимость, помогают в химическом связывании и повышают барьерные свойства на границе раздела. В результате композитный материал обладает лучшими механическими свойствами, повышенной термостабильностью и индивидуальными характеристиками. Важными элементами, влияющими на межфазную адгезию, являются параметры обработки, выбор полимерной матрицы и наполнителя, а также степень прививки. Для проектирования и разработки инновационных полимерных композитов с улучшенными характеристиками для различных промышленных применений очень важно понять роль привитых полимеров MAH в межфазной адгезии.
