Вплив добавок нанорозмірного оксиду алюмінію на структуру та реологічні властивості суміші поліпропілен/співполіамід

Abstract

Вихідні полімери і нанодобавку змішували у розплаві на черв’ячно-дисковому екструдері. Ступінь диспергування компоненту дисперсної фази в матриці оцінювали за мікрофотографіями поперечних зрізів екструдатів сумішей. Типи структур ПП та їх розмірні характеристики вивчали за допомогою оптичного мікроскопу. Ефективну в’язкість розплавів визначали за допомогою мікровіскозиметра МВ-2, а еластичність розраховували як відношення діаметрів екструдату та фільєри. Показано, що введення в суміш ПП/СПА (0,1÷3,0) мас. % наночастинок Al2O3 дає можливість керувати процесом структуроутворення компоненту дисперсної фази. При цьому зменшується середній діаметр ПП мікрофібрил та зростає їх масова доля. Максимальний ефект досягнуто за вмісту нанодобавки 1,0 мас. %. Встановлено, що макрореологічні властивості розплавів нанонаповнених систем визначаються їх морфологією. Формування анізотропних структур (ПП мікрофібрил) з меншими діаметрами обумовлює падіння в’язкості та зростання еластичності розплавів сумішей, на відміну від аналогічних показників для ПП і СПА. Показано, що наночастинки оксиду алюмінію не впливають на тип морфології термодинамічно несумісної суміші ПП/СПА – в нанонаповнених композиціях, як і у вихідній, утворюється мікрофібрилярна структура. Модифікуюча дія нанодобавки проявляється у формуванні більшої кількості ПП мікрофібрил та зменшенні їх розмірних характеристик. Досліджена нанодобавка не перешкоджає стабільній переробці суміші ПП/СПА у волокна і плівки на екструзійному обладнанні та не ускладнює процес екстракції матричного полімеру із композиційних екструдатів. Введення наночастинок Al2O3 дозволить одержувати композиційні вироби та тонковолокнисті матеріали з покращеними характеристиками за рахунок регулювання фазової морфології.

Исходные полимеры и нанодобавку смешивали в расплаве на червячно-дисковом экструдере. Степень диспергирования компонента дисперсной фазы в матрице оценивали по микрофотографиям поперечных срезов экструдатов смесей. Типы структур ПП и иїх размерные характеристики изучали с помощью оптического микроскопа. Эффективную вязкость расплавов определяли на микровискозиметре МВ-2, а эластичность рассчитывали как отношение диаметров экструдата и фильеры. Показано, что введение в смесь ПП/СПА (0,1÷3,0) масс. % наночастиц Al2O3 дает возможность управлять процессом структурообразования компонента дисперсной фазы. При этом уменьшается средний диаметр ПП микрофибрилл и возрастает их массовая доля. Максимальный эффект достигнут при содержании нанодобавки 1,0 масс. %. Установлено, что макрореологические свойства расплавов нанонаполненных систем определяются их морфологией. Формование анизотропных структур (ПП микрофибрилл) с меньшими диаметрами обусловливает падение вязкости и возрастание эластичности расплавов смесей, в отличие от аналогичных показателей для ПП и СПА. Показано, что наночастицы оксида алюминия не влияют на тип морфологии термодинамически несовместимой смеси ПП/СПА – в нанонаполненных композициях, как и в исходной, образуется микрофибриллярная структура. Модифицирующее действие нанодобавки проявляется в формовании большего количества ПП микрофибрилл и уменьшении их размерных характеристик. Исследованная нанодобавка не препятствует стабильной переработке смеси ПП/СПА в волокна и пленки на экструзионном оборудовании и не усложняет процесс экстракции матричного полимера из композиционных экструдатов. Введение наночастиц Al2O3 позволит получать композиционные изделия и тонковолокнистые материалы с улучшенными характеристиками за счет регулирования фазовой морфологии.

Investigation of the effect of the concentration of aluminum oxide nanoparticles on the micro- and macro-rheological properties of the melt of a polypropylene / copolyamide (PP / CPA) mixture to control the morphology of nanofilled composites. The starting polymers and nano-additive were melt blended on a worm-disk extruder. The degree of dispersion of the component of the dispersed phase in the matrix was evaluated by micrographs of cross sections of the extrudates of the mixtures. The types of PP structures and their dimensional characteristics were studied using an optical microscope. The effective viscosity of the melts was determined on an MB-2 micro viscometer, and elasticity was calculated as the ratio of the extrudate and die diameters. It is shown that the introduction of a PP / CPA mixture (0.1÷3.0) mass. % Al2O3 nanoparticles makes it possible to control the process of structure formation of the component of the dispersed phase. In this case, the average diameter of PP microfibrils decreases and their mass fraction increases. The maximum effect was achieved when the content of nanoparticles 1.0 mass.%. It has been established that the macro-rheological properties of melts of nanofilled systems are determined by their morphology. The formation of anisotropic structures (PP microfibrils) with smaller diameters causes a decrease in viscosity and an increase in the elasticity of the melts of mixtures, in contrast to similar indicators for PP and CPA. It was shown that Al2O3 nanoparticles do not affect the type of morphology of the thermodynamically incompatible PP / CPA mixture - in nanofilled compositions, as in the initial one, a microfibrillar structure is formed. The modifying effect of nanoadditives is manifested in the formation of a larger number of PP microfibrils and a decrease in their dimensional characteristics. The studied nanoparticle does not interfere with the stable processing of the PP / SPA mixture into fibers and films on extrusion equipment and does not complicate the process of extraction of the matrix polymer from composite extrudates. The introduction of Al2O3 nanoparticles will make it possible to obtain composite products and fine-fiber materials with improved characteristics due to the regulation of phase morphology.