Введение
Смеси полиэтилентерефталат/полибутилентерефталат (ПЭТ/ПБТ) вызывают большой интерес в силу их хороших химических, механических и термических свойств, что дает широкую перспективу их применения. Совместимость компонентов любой смеси полимеров является для них основополагающим понятием [1, c. 27]. Цель настоящего сообщения – исследование влияния совместимости компонент смесей ПЭТ/ПБТ на их основные механические характеристики.
Эксперимент
Использованы полимеры промышленного производства: ПЭТ RELPET, марки G5801 (характеристическая вязкость [h]=0,80 дл/г), полученный от фирмы Reliance Industries Ltd. (Индия) и ПБТ LUPOX, марки GP-1000 ([h]=1,0 дл/г), поставленный фирмой LG Polymers India Pvt Ltd. (Индия). Гранулы ПЭТ и ПБТ перемешивались вручную и сушились при температуре 393 К в течение 8 час в печи с циркулирующим горячим воздухом [2].
Смеси с соотношением ПЭТ:ПБТ 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60 и 20:80 по массе изготовлены смешиванием компонентов в расплаве на двухшнековом экструдере Haake Rheocord 9000, модели TW100 при скорости вращения шнека 40 об/мин в интервале температур 423-533 К. Затем экструдат охлаждался в воде и гранулировался. Из этого гранулята получены образцы для механических испытаний методом инжекционного литья на литьевой машине Boolani Industries Ltd, производство Индии, в интервале температур 493-553 К [2].
Механические испытания смесей ПЭТ/ПБТ на трехточечный изгиб выполнены на универсальной испытательной машине LR-50K Lloyds Instrument согласно ASTM 790M-92 при температуре 293 К и скорости ползуна 2,8 мм/мин [2].
Результаты и обсуждение
Уровень совместимости компонент смеси полимеров можно выразить с помощью параметра взаимодействия Флори-Хаггинса cАВ, который определяется из уравнения [3, c. 79]:
Рассмотрим предельные значения Ар и cАВ согласно уравнению (6). Согласно этому уравнению величина Ар=0 достигается при cАВ=0,6, т.е. Df =1,77 или df =2,66. Указанная величина df соответствует началу реализации в полимерах локальной пластической деформации [4, c. 319]. Поскольку в ударных испытаниях использованы образцы смесей ПЭТ/ПБТ с острым надрезом, т.е. фиксированным критическим дефектом, то изменение Ар определяется только изменением уровня пластической деформации [6, c. 179]. Это обстоятельство определяет условие Ар=0 при df £2,66 [4, c. 319]. Теоретическая максимальная величина Ар=147,2 кДж/м2 согласно уравнению (6), однако из данных рис. 3 следует, что при cАВ»0,78 наблюдается выход значений Ар на плато при Ар»50 кДж/м2. Этот эффект объясняется достижением критического значения df =2,75, которое соответствует реализации макроскопической пластической деформации, т.е. ситуации, когда все поперечное сечение образца под надрезом находится в состоянии текучести [4, c. 320]. Это означает исчерпание ресурса роста поглощения энергии удара механизмами пластической деформации и достижение условия максимальной для рассматриваемых смесей ударной вязкости Ар»50 кДж/м2.
Выводы
Показано, что уровень совместимости компонент смесей ПЭТ/ПБТ можно охарактеризовать параметром взаимодействия Флори-Хаггинса, который достигает максимума при равном соотношении компонент, т.е. при их стехиометрическом отношении. Модуль упругости и ударная вязкость рассматриваемых смесей увеличиваются линейно по мере повышения уровня совместимости компонентов с учетом общих для полимеров структурных ограничений. Указанный уровень определяется не только термодинамическими характеристиками, но и структурой полимерных смесей.
Список литературы
- Краузе С. В кн.: Полимерные смеси, т. 1, ред. Пол Д., Ньюмен С. М.: Мир, 1981. – С. 26-144.
- Aravinthah G., Kale D.D. J. Appl. Polymer Sci. – 2005. – V. 98. – № 1. – P. 75-82.
- Kozlov G.V., Dolbin I.V., Zaikov G.E. The Fractal Physical Chemistry of Polymer Solutions and Melts. Toronto, New Jersey: Apple Academic Press, 2014. – 316 p.
- Баланкин А.С. Синергетика деформируемого тела. М.: Изд-во Министерства Обороны СССР, 1991. – 404 с.
- Козлов Г.В., Сандитов Д.С. Ангармонические эффекты и физико-механические свойства полимеров. Новосибирск: Наука, 1994. – 261 с.
- Бакнелл К.Б. Ударопрочные пластики. Л.: Химия, 1981. – 328 с.[schema type=»book» name=»ЗАВИСИМОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СМЕСЕЙ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТ/ПОЛИБУТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТ ОТ СОВМЕСТИМОСТИ КОМПОНЕНТОВ» description=»Показана зависимость механических свойств (модуля упругости и ударной вязкости) от уровня совместимости компонент для смесей полиэтилентерефталат/полибутилентерефталат. Указанный уровень определяется как термодинамическими характеристиками компонент, так и структурой смеси полимеров.» author=»Микитаев М.А., Козлов Г.В., Микитаев А.К.» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-06-20″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)» ebook=»yes» ]