Como afecta o recheo ao comportamento de cristalización do polímero?

O descubrimento na década de 1980 das excelentes propiedades dos materiais compostos de nailon 6/arxila levou a unha gran investigación sobre os materiais compostos de polímeros recheos e a unha renovada comprensión do papel dos materiais de recheo nos polímeros. Aquí tes unha ollada ao efecto dos materiais de recheo no comportamento de cristalización dos polímeros.

Influencia dos recheos na morfoloxía cristalina dos polímeros

A adición de recheos afecta á morfoloxía cristalina do polímero:

Os polímeros cristalinos forman diferentes formas cristalinas en diferentes condicións de cristalización, e os cristais esféricos son unha das formas características máis comúns de cristalización de polímeros. En condicións normais de moldeo e procesamento, os polímeros cristalinos adoitan formar formas cristalinas esféricas.

A adición de recheos xoga un papel na nucleación heteroxénea e no refinamento dos grans:

Os cristais esféricos grandes e dispersos vólvense pequenos e compactos, e o refinamento dos cristais esféricos e a mellora da tenacidade do material son beneficiosos e poden ser un método eficaz para endurecer os polímeros.

A compatibilidade do recheo coa matriz de resina tamén inflúe na morfoloxía cristalina:

Por exemplo, Qiao Fang et al. descubriron que a montmorillonita organicizada destrúe a estrutura cristalina esférica do nailon 6, principalmente porque as moléculas de nailon 6 teñen un forte efecto de acoplamento coas partículas de montmorillonita organicizadas, de xeito que o movemento dos segmentos da cadea molecular de nailon 6 se ve dificultado no proceso de cristalización e é difícil que crezan nunha disposición simétrica e regular ao longo da dirección radial, de xeito que o proceso de crecemento da cristalización se ve dificultado, xerando así cristais incompletos.

Durante o proceso de moldeo de compostos poliméricos cheos de fibros, as fibras poden desempeñar un papel de nucleación e os cristais esféricos xa non teñen as condicións para o crecemento tridimensional durante o proceso de crecemento, que entón toma a forma de crecemento columnar, é dicir, crecemento unidimensional orientado que produce cristais transversais.

Exemplos:

Os axentes nucleantes son unha clase de substancias que poden cambiar o comportamento de cristalización das resinas e alterar a morfoloxía microscópica dos polímeros para darlles novas propiedades e funcións, e constitúen un tema candente da investigación actual tanto no país como no estranxeiro.

Mecanismo de acción: No estado fundido, a medida que o axente nucleante proporciona os núcleos necesarios, o polímero cambia de nucleación homoxénea a nucleación heteroxénea, o que acelera a velocidade de cristalización e refina a estrutura do gran, ademais de mellorar a rixidez do produto.

Os axentes nucleantes pódense dividir principalmente en axentes nucleantes inorgánicos, axentes nucleantes orgánicos e axentes nucleantes poliméricos. Os axentes nucleantes de nanopartículas convertéronse nun punto candente para a investigación de axentes nucleantes debido aos seus moitos centros activos na superficie, que poden estar estreitamente unidos co substrato e teñen unha mellor compatibilidade, e as partículas non se separan facilmente colectivamente cando se someten a forzas externas.

Efecto dos recheos na cinética de cristalización de polímeros

O proceso de cristalización de polímeros consta de dúas etapas: nucleación e crecemento. A ecuación de Avrami úsase normalmente para describir o proceso de cristalización isotérmica de polímeros e, ao atopar o índice de Avrami n e a constante da velocidade de cristalización K, pódese derivar o mecanismo de crecemento dos cristais e a velocidade de crecemento.

No seu estudo da cinética de cristalización do PP cheo de negro de carbono, Mucha M et al. descubriron que se producía un fenómeno de cristalización en dous pasos: na fase inicial da cristalización relacionada coa nucleación heteroxénea do PP, a nucleación na superficie das partículas de negro de carbono non producíase colisión de núcleos e o crecemento non se limitaba; seguida dunha fase de cristalización lenta na que a taxa de crecemento se reducía pola colisión mutua entre os cristais. Na fase inicial da cristalización, n era de aproximadamente 2.0, mentres que na fase posterior da cristalización, n era de aproximadamente 3.0. Tamén se descubriu que a adición de diferentes cantidades de negro de carbono tiña diferentes efectos nos valores de K e n. Á mesma temperatura de cristalización, o valor de K aumentaba co aumento da adición de negro de carbono.

Segundo a ecuación de Avrami, o valor n debería ser un número enteiro positivo menor ou igual a 4. Na práctica, o valor n do proceso de cristalización de polímeros adoita ser un número decimal e parece ser igual a 5, o que indica que o proceso de cristalización real se desvía da ecuación de Avrami e se produce o fenómeno da cristalización secundaria ou colisión de cristais esféricos.

Modelo de estrutura cristalina de polímeros cheos

Nas últimas décadas, a teoría e os experimentos demostraron plenamente que existe unha zona de transición entre as rexións cristalina e amorfa da materia cristalina. polímeros, é dicir, unha capa intermedia, chamada fase intermedia cristalino-amorfa.

Analizouse o efecto do talco na estrutura da rexión cristalina, a rexión amorfa e a fase intermedia do polietileno de baixa densidade (LDPE) mediante espectroscopia infravermella bidimensional dinámica. Os resultados mostran que a adición de talco produce certos cambios no modelo de estrutura cristalina do LDPE, e conclúese que o talco está estreitamente relacionado coa rexión cristalina pero non coa fase amorfa, o que leva ao esquema estrutural inferido.

O estudo do efecto dos recheos no comportamento de cristalización dos polímeros pode levar a unha mellor comprensión do mecanismo de cristalización e do modelo de cristalización dos polímeros cristalinos. Ademais, o comportamento de cristalización dos polímeros recheos pode afectar directamente as propiedades dos materiais compostos, polo que se lle debe prestar atención a isto.

Aínda que houbo algúns avances no estudo do efecto dos recheos nas propiedades cristalinas dos polímeros, aínda existe unha relativa falta de estudos máis profundos, sistemáticos e detallados, e se este aspecto se pode sistematizar, debería levar a un maior nivel de investigación na preparación e as propiedades dos materiais.