Модификаторы удара добавляют в пластические смеси, чтобы повысить долговечность и вязкость различных пластичных смол. В зависимости от конечного применения и внутреннего сопротивления полимера, разработчики рецептур должны достичь очень разного уровня ударопрочности, от общего назначения до сверхпрочного.
Для чего нужны модификаторы воздействия?
Модификация воздействия общего назначения
Модификация удара общего назначения - это очень низкий уровень модификации удара, который применяется, например, во избежание кондиционирования отлитых деталей из полиамида.
- Это означает приемлемую ударную вязкость при комнатной температуре, но не учитывает никаких требований к низкотемпературной (ниже 0°C) ударной вязкости.
- Для большинства применений такого типа требуются только низкие уровни модификатора удара (<10%), и модификатор удара не обязательно должен содержать реакционноспособные группы, чтобы быть приемлемым для применения.
Низкотемпературная ударная модификация
Низкотемпературная ударная вязкость необходима для применений, которые требуют определенного уровня низкотемпературной гибкости и устойчивости к разрушению. Это, например, касается многих применений в сфере бытовой техники. Для этого требуются модификаторы с содержанием 5-15% преимущественно реакционноспособных модификаторов.
Сверхвысокая прочность
Сверхвысокая ударная вязкость необходима для применений, которые не должны приводить к разрушению детали даже при ударе при низких температурах (от -30 до -40°C) на высокой скорости. Это требование может быть выполнено только с высоким содержанием (20-25%) реактивного ударного модификатора с низким Tg.
В дополнение к ударной вязкости, модификаторы ударной вязкости могут также помочь улучшить другие характеристики материала, такие как:
- Оптические свойства и свойства при растяжении
- Устойчивость к атмосферным воздействиям
- Технологичность
- Воспламеняемость
- Тепловые деформации
Как работают модификаторы воздействия?
Эластомерная и резиновая природа модификаторов удара поглощает или рассеивает энергию удара. Модификаторы удара могут быть включены путем полимеризации в реакторе или могут также быть включены в качестве добавок на этапе компаундирования. Ниже рассматриваются два механизма, по которым работают модификаторы удара.
Распространение безумия
Принцип заключается в диспергировании модификаторов удара в хрупкой матрице - демпфирующей фазе, способной поглощать энергию и останавливать распространение трещины.
Оползневая полоса/кавитация
Вторым механизмом является образование сдвиговых полос вокруг эластомерной частицы, которые поглощают энергию деформации. Этот механизм всегда сопровождается кавитацией демпфирующей частицы (появление пустот), которая также поглощает энергию. Однако появление сдвиговых полос поглощает большую часть энергии.
Чтобы быть эффективной, дисперсная фаза должна обладать следующими свойствами:
- Способность к увлажнению: Рекомендуется эластомерная фаза. Как правило, используются материалы с низкой температурой стеклования и низкокристаллические полимеры. Для низкотемпературного упрочнения абсолютно необходим низкий Tg. Полиолефиновые сополимеры являются отличными кандидатами.
- Хорошая когезия с непрерывной фазой: этот параметр является ключевым для эффективного упрочнения. Отсутствие когезии может инициировать многочисленные трещины, которые затем могут распространяться до разрушения. Хорошая когезия может быть достигнута за счет специфического взаимодействия на поверхности или за счет реакционной способности. Комбинирование происходит путем образования на границе раздела фаз "амфифильных" сополимеров, снижающих поверхностное натяжение и повышающих адгезию.
Совместимость полимеров также влияет на размер, регулярность и стабильность дисперсии, что положительно влияет на механические характеристики готовой детали.
Функционализированные полиолефиновые модификаторы удара
Чтобы соответствовать требованиям промышленности, полимеры, такие как полиамид, полиэстер, ПВХ или биопластик, нуждаются в повышенной ударопрочности.
Среди технологий ударной модификации, доступных на рынке, полимерные ударные модификаторы, также известные как функционализированные полиолефины, предлагают полный спектр характеристик упрочнения - от общего назначения до суперупрочнения в различных полимерных системах.
Полиамиды (PA)
Широкий ассортимент модификаторов удара на основе функционализированных или нефункционализированных сополимеров или иономеров этилена позволяет удовлетворить уникальные потребности ваших компаундов PA 6, PA 6,6 или армированного стекловолокном PA.
Лучшие в отрасли показатели ударопрочности:
- Сверхпрочная ударостойкость
- Низкотемпературная вязкость
- Промежуточная вязкость по сниженной стоимости
Дополнительные преимущества:
- Улучшенный поток для повышения производительности
- Эстетические свойства (класс А, отличная поверхностная обработка, превосходная окрашенность)
- Соответствие требованиям FDA для прямого контакта с пищевыми продуктами
Полиэфиры (PBT, PET)
Полимерные модификаторы ударной вязкости для инженерных полимеров или литых листов предлагают широкий диапазон уровней производительности, что позволяет создавать индивидуальные решения, которые соответствуют вашим уникальным потребностям.
- Инженерные полимеры: Для применений с самыми высокими требованиями некоторые полимерные модификаторы ударной вязкости обеспечивают сверхвысокую ударную вязкость в первичных и армированных стекловолокном соединениях. Однако при компаундировании инженерных полимеров PBT задача состоит в повышении ударной вязкости при сохранении исходных свойств.
Среди широкого спектра предложений эти решения для модификации при ударе дают компаундерам новый ценный инструмент для адаптации свойств PBT-смол к требованиям электрических и электронных разъемов, а также широкого спектра других промышленных и потребительских товаров.
- Применение литого листа: Повышение производительности с одновременным достижением требуемых свойств ударной вязкости является очень сложной задачей, когда речь идет о применении литых листов на основе PETF.
| Преимущества в применении инженерных полимеров | Преимущества в применении литого листа |
- Укрепление и сохранение первоначальных свойств
- Более высокая текучесть расплава
- Улучшенная технологичность
- Лучшая термостабильность
- Более высокие показатели прочности (прочность на разрыв и модуль упругости)
- Повышенная устойчивость к гидролизу
|
- Улучшенная производительность (продолжительность цикла, стабильность процесса, использование повторного измельчения)
- Снижение затрат на материалы (PETF с меньшей вязкостью) (CPET)
- Соответствие пищевым нормам (FDA, европейским) (APET)
|
|---|
Поливинилхлорид (PVC)
В зависимости от конечного использования, различные типы PVC-смол нуждаются в различных добавках для модификации ударной вязкости, чтобы достичь нужных эксплуатационных характеристик.
| Гибкий PVC | Жесткий PVC |
- Долговечная прочность и гибкость
- Лучшие низкотемпературные свойства
- Лучшее сохранение свойств после теплового старения
- Лучшая гибкость после химического воздействия
|
- Улучшенные характеристики текучести и плавления компаунда
- Улучшенная совместимость с наполнителями
- Ниже температура переработки
- Более высокая пропускная способность
- Выше загрузки наполнителя
- Более низкое содержание стабилизатора
|
|---|
Полипропилен (PP)
Полипропилен - это полукристаллический полимер, который имеет очень привлекательное соотношение цены и качества и легко поддается переработке. Однако для удовлетворения некоторых потребностей промышленности полипропилен нуждается в повышенной ударопрочности при температуре окружающей среды или низких температурах.
Модификаторы ударной вязкости улучшают прочность полипропилена при комнатных или низких температурах. Широкий ассортимент продуктов позволяет предложить уникальное и индивидуальное решение для каждой ситуации.
Дополнительные преимущества:
- Улучшенная дисперсность пигментов, стекловолокна или минеральных наполнителей
- Улучшенная совместимость для полипропиленовых сплавов
Акрилонитрил бутадиен-стирол (ABS)
ABS-смолы по своим характеристикам находятся на уровне между инженерными пластмассами, такими как поликарбонат, и товарными материалами, такими как полистирол. Они широко используются в таких сферах, как корпуса компьютеров и принтеров, бытовая электроника, приборы, садовая техника, автомобильные детали и игрушки.
При производстве ABS-компаундов, как стандартных, так и переработанных или наполненных, можно столкнуться с проблемой низкой прочности.
Ударное модифицирование является очень сложной задачей, для которой существует одно конкретное решение в зависимости от температуры, необходимой для достижения общих прочностных характеристик.
Дополнительные преимущества:
- Высокая совместимость
- Высокая дисперсность (позволяет вносить изменения в процессе переработки)
Компаунды поликарбоната (PC/ABS, PC/PBT)
Современные требования к поликарбонатам связаны с высокой ударной вязкостью при низких температурах при сохранении хорошей технологичности, что позволяет эффективно производить высокоспецифические детали и профили, например, для автомобильной промышленности, методом литья под давлением.
В зависимости от полимера, который используется для смешивания смолы на основе РС, и требуемого уровня вязкости требуется определенная добавка.
По сравнению с альтернативными технологиями, дополнительные преимущества можно найти в следующем:
- Лучшая перерабатываемость компаунда благодаря пониженной вязкости расплава
- Лучшая устойчивость к ультрафиолетовому излучению и термостойкость
- Выше удлинение
- Легче транспортировка и переработка благодаря форме гранул, а не порошка
Модификаторы удара сердцевина-оболочка
Эти материалы обычно имеют резиновую сердцевину с низким ТГ, например, бутилакрилат или бутадиен, с оболочкой из поли (метилметакрилата) РММА.
Одним из главных преимуществ метода модификатора удара "ядро-оболочка" является то, что обеспечивается заранее определенный размер частиц. Однако, чтобы модификатор удара был эффективным для упрочнения инженерных пластмасс, он должен быть должным образом диспергирован в матричном полимере и соединен с ним.
Такое соединение может быть результатом физического взаимодействия матрицы оболочки с матрицей или химической реакции. Самый очевидный путь к этому - объединить реакционноспособные фрагменты в цепи оболочки во время изготовления с помощью эмульсионной полимеризации. Эти реакционноспособные фрагменты впоследствии вступают в реакцию с матрицей во время переработки расплава.
Модификаторы удара MBS по сравнению с акриловыми модификаторами удара
| Метакрилат бутадиен-стирола (MBS) | Модификаторы воздействия на акрил (AIM) |
 |  |
Преимущества:
- Отличная низкотемпературная устойчивость
- Отличная окрашенность
- Отличная дисперсность у большинства матриц инженерных пластмасс
|
Преимущества:
- Отличная низкотемпературная устойчивость
- Отличная устойчивость к ультрафиолетовому излучению
- Отличная термостойкость
- Хорошая окрашенность
|
|---|
Применение:
- Внешние (окрашенные), внутренние
|
Применение:
- Внешнее (ультрафиолетовое и тепловое), внутреннее (точечные источники тепла)
|
|---|
- Модификаторы удара MBS "ядро-оболочка" предназначены для обеспечения исключительного низкотемпературного удара в широком спектре инженерных пластмасс, таких как поликарбонат, поликарбонатные сплавы (PC/ABS, PC/PBT) и полиэфиры.
- Модификатор ударопрочности "ядро-оболочка" придает поликарбонату лучшую ударную вязкость при низких температурах, окраску при литье и термическую стабильность, чем любой другой акрил, доступный на рынке.
MBS модификаторы удара в поликарбонате
Поликарбонат (PC) известен своей прозрачностью, превосходной ударопрочностью и способностью выдерживать высокие температуры на протяжении всего срока службы конечного изделия.
Однако низкая химическая стойкость PC (к бензину) является проблемой для применения в автомобилестроении. Другим ограничением является литье под давлением высоковязких марок, особенно когда требуется высокая ударопрочность.
Кроме того, присущие PC характеристики, такие как ударопрочность, также серьезно ухудшаются, когда в смеси используются цветные пигменты, наполнители или огнезащитные добавки.
Переработанный PC является экономически выгодным решением для компаундеров. Однако этапы переработки снижают механические характеристики PC, что делает необходимым использование модификаторов удара в переработанном PC, чтобы достичь желаемого уровня производительности.
Преимущества модификаторов удара MBS в поликарбонате:
| Преимущества | Описание |
| Исключительные низкотемпературные ударные характеристики |
- Модификаторы MBS позволяют PC и особенно высокопроизводительным PC достигать высоких ударных характеристик при очень низких температурах.
- Высокоэффективные модификаторы удара на основе бутадиенового каучука (ABS или MBS) негативно влияют на присущие поликарбонату показатели устойчивости к ультрафиолетовому излучению и нагреву.
- При применении на открытом воздухе или в условиях высокой температуры критически важным является использование очень стабильного модификатора удара, который все еще будет обеспечивать высокие ударные характеристики. Модификаторы удара разработаны для решения этой технической проблемы.
|
|---|
| Отличная устойчивость к атмосферным воздействиям и тепловому старению |
- Модификаторы MBS обеспечивают отличную устойчивость к атмосферным воздействиям, которая ожидается от полностью акрилового модификатора.
- Это позволяет использовать модификаторы ударопрочности в тех сферах применения, которые требуют хорошего удержания цвета и сохранения механических свойств при типичном внешнем воздействии, получая продукты, которые сохраняют долгосрочные эксплуатационные характеристики в суровых условиях.
|
|---|
| Исключительная красящая способность при литье под давлением |
- Модификаторы MBS обеспечивают гораздо лучшую цветность, чем большинство акриловых модификаторов, доступных на рынке, которые, как известно, снижают интенсивность цвета, что затрудняет, если не делает невозможным, получение темных деталей.
- Основанные на запатентованной технологии, они открыли двери для применений, которые требуют хорошего сохранения цвета и уникальных механических свойств под воздействием окружающей среды.
|
|---|
Модификаторы удара MBS в компаундах поликарбоната (PC/ABS, PC/PBT)
Чтобы соответствовать новым требованиям рынка, включая технические характеристики, но также и стоимость, компаундисты разработали полимерные смеси, которые сбалансируют превосходные преимущества поликарбоната с уникальными характеристиками соотношения цены и качества других матриц, таких как ABS или полиэфиры (PBT).
Эти смеси полимеров обеспечивают высокую производительность по сравнению с традиционными PC. Эти смеси помогают:
- Преодоление плохих характеристик течения и хрупкости - для улучшения характеристик течения в непрозрачных областях применения высокопрочного PC в матрицу PC можно добавить резиновую фазу, например, акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS).
PC/ABS - это самый быстрорастущий на сегодняшний день сплав PC, в котором ABS позволяет сбалансировать высокую ударную вязкость, чистоту поверхности и высокую текучесть для лучшей обработки. Недостатком является то, что смеси PC/ABS часто не соответствуют новым стандартам огнестойкости.
Самыми распространенными конечными потребителями PC/ABS являются автомобильные детали, корпуса офисного оборудования, компьютеры и мобильные телефоны.
- Преодоление низкой химической стойкости - известно, что поликарбонат имеет очень низкую химическую стойкость, что является критически важной характеристикой в автомобильной промышленности при контакте с маслом и бензином.
Чтобы преодолеть эту слабость, поликарбонат и полиэфиры, такие как PBT, смешивают для получения сплава с высокой химической стойкостью, что, к сожалению, приводит к низким ударным характеристикам PBT.
Но когда дело доходит до переработки, добавления наполнителей, цветных пигментов или антипиренов, все эти смеси теряют свои первоначальные критические показатели прочности.
Преимущества модификаторов удара MBS в компаундах поликарбоната:
| Преимущества | Описание |
| Лучшая совместимость |
Высокая ударная вязкость сплавов PC/ABS будет в значительной степени зависеть от способности хорошо диспергировать различные полимерные фазы (PC, PB, SAN), что обычно достигается с помощью технических соединений. |
|---|
| Превосходное низкотемпературное воздействие |
Низкая температура стеклования (Tg<-80°C) при ударе позволяет использовать их для сложных низкотемпературных применений для создания изделий, которые могут выдерживать температуру до -50°C и сохранять свою структурную целостность. |
|---|
| Хорошая дисперсность |
Модификаторы удара легко диспергируются с помощью обычных методов компаундирования. Полученные смеси инженерных пластмасс легко заливаются в формовочное оборудование и обладают исключительной стойкостью к ударной вязкости. |
|---|
Модификаторы удара MBS в полиэфирах
Полиэфиры, такие как полибутилентерефталат (PBT) и полиэтилентерефталат (PET), являются полукристаллическими полимерами, демонстрирующими очень привлекательные характеристики, такие как высокая термостойкость и химическая стойкость. С другой стороны, полиэфиры демонстрируют низкую устойчивость к низкотемпературному удару, поэтому необходимы модификаторы удара.
Полиэфиры часто используются в автомобилестроении, например, для изготовления корпусов приводов электрических стеклоподъемников и светопроводящих корпусов. Они также используются для многих бытовых приборов, электротехники и медицины.
Преимущества модификаторов удара MBS в полиэфирах:
| Преимущества | Описание |
| Превосходное низкотемпературное воздействие |
Низкая температура стеклования (Tg<-80°C) ударных модификаторов позволяет использовать их для сложных низкотемпературных применений, чтобы создавать изделия, которые выдерживают температуру до -50°C, оставаясь при этом пластичными. |
|---|
| Хорошая дисперсность |
Модификаторы удара легко диспергируются с помощью обычных методов компаундирования. Полученные смеси инженерных пластмасс легко заливаются в формовочное оборудование и обладают исключительной стойкостью к ударной вязкости. |
|---|
Термопластичные эластомеры (TPE) как модификаторы воздействия
Термопластичный эластомер обычно определяется как полимер, который может перерабатываться как термопластичный материал, но также обладает свойствами обычного термореактивного каучука.
Некоторые из общих классов коммерческих TPE включают в себя:
- Стирольные блок-сополимеры
- Термопластичные полиуретаны
- Термопластичные сополимеры
- Термопластичные полиамиды
Для того, чтобы быть классифицированным как термопластичный эластомер, материал должен обладать характеристиками, перечисленными ниже.
- Способность растягиваться до умеренных удлинений, а после снятия напряжения возвращаться к форме, близкой к первоначальной
- Перерабатываемость как расплав при повышенных температурах
- Отсутствие значительной ползучести
TPE – Преимущества и недостатки:
| Преимущества | Недостатки |
- Пригодны для вторичной переработки. Обладают типичными эластичными свойствами каучуков, которые не подлежат вторичной переработке.
- Требуют мало или вообще не требуют компаундирования, без необходимости добавления армирующих агентов, стабилизаторов или систем отверждения.
- Потребляют меньше энергии.
|
- Плавятся при повышенных температурах, и это может ограничить их использование с определенными инженерными пластмассами.
- Может требовать сушки перед переработкой.
- Существует ограниченное количество низкомодульных материалов, которые могут быть использованы в TPE.
|
|---|
TPE часто используются, когда обычные эластомерные материалы не могут обеспечить ряд физических свойств, необходимых для изделия. Таким образом, их применение зависит от конечного использования, и конкретные TPE используются в зависимости от конечной потребности.
Это еще один пример требования достижения соответствующего баланса модуля упругости и ударных свойств при ударной модификации инженерных пластмасс. Эта особенность является актуальной и важной для всех описанных подходов.
Сыпучие эластомерные смеси как модификаторы удара
Подход к использованию объемных эластомерных соединений в качестве модификаторов удара отличается от использования материалов типа "ядро-оболочка", поскольку размер дисперсной резиновой фазы зависит от используемых условий переработки. Это позволяет контролировать размер частиц в конечном продукте, модифицированном при ударе.
Недостатки использования эластомеров в качестве модификаторов удара
Одним из самых больших недостатков этого подхода является то, что снижение жесткости, которое наблюдается при добавлении эластомера, обычно является большим, чем при использовании модификаторов типа "ядро-оболочка". Это означает, что если сохранение жесткости, которую обеспечивает инженерный пластик, является критически важным для применения, концентрация эластомера должна быть соответствующим образом отрегулирована. Пример - модификация PBT с помощью эластомерной смеси.
В этом случае условия переработки смесей PBT/эластомера влияют на размер частиц эластомера и, следовательно, на достигаемую ударную модификацию. Кроме того, относительная вязкость компонентов влияет на морфологию конечной смеси. Поскольку вязкость расплава напрямую связана с молекулярной массой полимеров, из этого следует, что молекулярная масса является важным фактором в определении наблюдаемых ударных модификаций.
По материалам SpecialChem
■