Адгезия каучук - матрица

06.06.2015

Механизм ограничения роста крейз перестает работать и в том случае, когда связь между каучуком и матрицей слаба. Вместо того чтобы стабилизировать крейзу, слабо связанная частица каучука вырывается из матрицы, оставляя на своем месте отверстие, через которое крейза может распространяться дальше и в котором эта крейза может, вероятно, перейти в трещину. Эффект аналогичен наблюдаемому при наполнении материала стеклянными бусинками. Когда между каучуком и окружающей матрицей существует хорошая адгезия, на плоскостях разрушения можно видеть частицы каучука, разорванные на две половинки по экватору. Ясно, что в этом типе ударопрочного полимера частицы каучука несут нагрузку и высокие напряжения передаются к центру частицы. Нa первый взгляд кажется, что каучук не способен принимать на себя большие нагрузки, поскольку модуль сдвига и модуль Юнга у него много ниже, чем у матрицы. Однако объемный модуль каучука сравним по значению с модулем матрицы, так что частицы оказываются способными выдерживать большие гидростатические напряжения, конечно, при условии хорошей адгезионной связи с матрицей.
Влияние адгезии и размеров частиц на сопротивление разрушению УПС наглядно иллюстрируется данными Дурста с соавторами на примере блоксополимеров (рис. 7.14). Полистирол смешивали в расплаве со стирол-бутадиеновыми блоксополимерами типа ПС—ПБ—ПС различного состава, получая серию УПС с содержанием 20 % (масс.) полибутадиена. Во второй серии экспериментов в смесь добавляли еще и полибутадиен так, чтобы сохранить общую концентрацию полибутадиеновых цепей равной 20 % (масс.). В работе был получен ряд интересных результатов. Так, ударная вязкость образца была низкой, когда содержание стирола в блоксополимере мало, вследствие недостаточной адгезии на границе раздела фаз между каучуком и матрицей. Увеличение соотношения стирол: бутадиен в блоксополимере до 80:50 приводит к резкому повышению ударной вязкости, достигающей 500 Дж/м. Дальнейшее повышение содержания стирола в блоксополимере не вызывает роста ударной вязкости, потому что поверхностно-активные свойства блоксополимере приводят к снижению размера частиц каучука до значений ниже критических, когда они уже не способствуют повышению ударной вязкости материала.
Адгезия каучук - матрица

Переход к тройной смеси при добавлении чистого полибутадиена обеспечивает увеличение размеров частиц и сдвигает область снижения ударной вязкости в сторону большего содержания стирола в блоксополимере. Для достижения высокой ударной вязкости у композиций, получаемых смешением в расплаве, необходимо использовать блоксополимеры высокой молекулярной массы, поскольку в противном случае размер частиц каучука снижается в процессе смешения до значений ниже 1 мкм, вследствие чего падает и ударная вязкость материала.
Ударная вязкость лучших композиций, содержащих блоксополимеры, в пять раз выше, чем у промышленных образцов УПС, хотя объемная доля каучуковой фазы в первом случае не только сравнима, но даже ниже. Нет причины искать объяснения этому в недостаточной адгезии на границе раздела фаз или в неоптимальном размере частиц у обычных УПС. Можно с полным основанием заключить, что различие в поведении рассматриваемых выше систем обусловливается составом частиц эластомерной фазы. Частицы, образуемые блоксополимером, состоят практически из чистого каучука, в то время как у типичного УПС эти частицы в основном состоят из инклюдированного полистирола. Следовательно, дисперсная фаза, состоящая из композиционных частиц, менее эффективна в повышении ударной вязкости полистирола, чем равная ей по объему чисто каучуковая фаза. Очевидно, что имеются пути улучшения свойств УПС через создание структур, подобных существующим у АБС-пластиков, но с большими размерами частиц. Использование блок-сополимеров является одним из методов достижения желаемого результата.