Вплив нанонаповнювача на реологічні властивості розплавів полімерів та їх сумішей

Abstract

Суміші одержували попереднім введенням нанонаповнювача в розплав ПП з подальшим змішуванням гранул зі СПА на черв’ячно-дисковому екструдері. В’язкість (η) розплавів досліджували методом капілярної віскозиметрії, а еластичність – за величиною рівноважного розбухання екструдатів. Здатність розплавів до поздовжньої деформації оцінювали максимальним ступенем витяжки. Встановлено, що ефективна в’язкість і здатність до поздовжньої деформації розплаву ПП очікувано зростають, а еластичність – зменшується в усьому дослідженому діапазоні концентрацій нанодобавки. Введення наночастинок Al2O3 в суміш ПП/СПА зумовлює зменшення η розплаву. За вмісту наповнювача в композиції 0,1 мас.% має місце так званий ефект малих добавок: в’язкість зростає до максимального значення. Показано, що модифіковані системи характеризуються підвищеними еластичністю і прядомістю, що обумовлено зміною процесів структуроутворення ПП в матриці СПА під дією нанодобавки. Зменшення в’язкості роплавів нанонаповнених композицій, порівняно з вихідними компонентами, свідчить про зміну механізму їх течії – перехід від переміщення сегментів макромолекул полімерів в потоці до стратифікованого (пошарового) руху окремих фаз. Встановлені закономірності течії нанонаповнених сумішей сприятимуть правильному вибору технологічних параметрів їх переробки, а також можуть бути використані при модернізації існуючого та проектуванні нового технологічного обладнання.

Смеси получали предварительным введением нанонаполнителя в расплав ПП с дальнейшим смешением гранул с СПА на червячно-дисковом экструдере. Вязкость (η) расплавов исследовали методом капиллярной вискозиметрии, а эластичность – по величине равновесного разбухания экструдатов. Способность расплавов к продольной деформации оценивали максимальной степенью вытяжки. Установлено, что эффективная вязкость и способность к продольной деформации расплава ПП ожидаемо возрастают, а эластичность – уменьшается во всем исследованном диапазоне концентраций нанодобавки. Введение наночастиц Al2O3 в смесь ПП/СПА обусловливает снижение η расплава. При содержании наполнителя 0,1 масс. % имеет место так наэываемый эффект малых добавок: вязкость растет до максимальной величины. Показано, что модифицированные системы характеризуются повышенными эластичностью и прядомостью, что свзано со сменой процессов структурообразования ПП в матрице СПА под действием нанодобавки. Уменьшение вязкости расплавов нанонаполненных композиций, в сравнении с исходными компонентами, свидетельствует об изменении механизма их течения – переход от перемещения сегментов макромолекул полимеров в потоке к стратифицированному (послойному) движению отдельных фаз. Установленные закономерности течения нанонаполненных смесей будут способствовать правильному выбору технологических параметров их переработки, а также могут быть использованы при модернизакции существующего и проектировании нового технологического оборудования.

Studying the influence of additives of nano-sized aluminium oxide on the patterns of Polypropylene (PP) and mixture PP/CPA (copolyamide) melt flow. The mixtures were obtained by the prior injection of the nano-filler to the PP melt with the further mixing of granula with CPA on the worm-disk extruder. Viscosity (η) of melts was examined by the method of capillary viscometry and the elasticity was studied by value of extrudate equilibrium swelling. The melts ability to longitudinal deformation was evaluated by the maximum stretch rating. It was established that effective viscosity and ability to longitudinal deformation of PP melt expectedly increase, while elasticity decreases in all the range of the nano-additives concentration. The injection of nano-particles Al2O3 into the PP/CPA mixture preconditions the decrease of the melt viscosity. In the content of additive in 0,1 weight % the so-called effect of small additives takes place, meaning that the viscosity reaches the maximum value. It was shown that modified systems are characterized with the increased elasticity and spinning value, which is connected with the change of the processes of structure-formation of PP in CPA matrix under the influence of the nano-additive. The decrease of viscosity of melts of nano-filled compositions in comparison to original elements bears evidence of the modification of the mechanism of their flow, meaning the transition from the move of segments of macromolecules in the flow to the stratified (layer-by-layer) move of separate phases. The established patterns of nano-filled mixtures flow will contribute to the right choice of technological parameters of their processing, as well as they may be used in the process of modernizing the existing technological equipment and designing the new one.