Модифікатори удару додають до пластичних сумішей, щоб підвищити довговічність і в'язкість різноманітних пластичних смол. Залежно від кінцевого застосування та внутрішнього опору полімеру, розробники рецептур повинні досягти дуже різного рівня ударостійкості, від загального призначення до надміцного.
Для чого потрібні модифікатори впливу?
Модифікація впливу загального призначення
Модифікація удару загального призначення - це дуже низький рівень модифікації удару, який застосовується, наприклад, для уникнення кондиціонування відлитих деталей з поліаміду.
- Це означає прийнятну ударну в'язкість при кімнатній температурі, але не враховує жодних вимог до низькотемпературної (нижче 0°C) ударної в'язкості.
- Для більшості застосувань такого типу потрібні лише низькі рівні модифікатора удару (<10%), і модифікатор удару не обов'язково повинен містити реакційноздатні групи, щоб бути прийнятним для застосування.
Низькотемпературна ударна модифікація
Низькотемпературна ударна в'язкість необхідна для застосувань, які вимагають певного рівня низькотемпературної гнучкості та стійкості до руйнування. Це, наприклад, стосується багатьох застосувань у сфері побутової техніки. Для цього потрібні модифікатори з вмістом 5-15% переважно реакційноздатних модифікаторів.
Надвисока міцність
Надвисока ударна в'язкість необхідна для застосувань, які не повинні призводити до руйнування деталі навіть при ударі при низьких температурах (від -30 до -40°C) на високій швидкості. Ця вимога може бути виконана тільки з високим вмістом (20-25%) реактивного ударного модифікатора з низьким Tg.
На додаток до ударної в'язкості, модифікатори ударної в'язкості можуть також допомогти поліпшити інші характеристики матеріалу, такі як:
- Оптичні властивості та властивості при розтягуванні
- Стійкість до атмосферних впливів
- Технологічність
- Займистість
- Теплові деформації
Як працюють модифікатори впливу?
Еластомерна та гумова природа модифікаторів удару поглинає або розсіює енергію удару. Модифікатори удару можуть бути включені шляхом полімеризації в реакторі або можуть також бути включені як добавки на етапі компаундування. Нижче розглядаються два механізми, за якими працюють модифікатори удару.
Розповсюдження божевілля
Принцип полягає в диспергуванні модифікаторів удару в крихкій матриці - демпфуючій фазі, здатній поглинати енергію і зупиняти поширення тріщини.
Зсувна смуга/кавітація
Другим механізмом є утворення зсувних смуг навколо еластомерної частинки, які поглинають енергію деформації. Цей механізм завжди супроводжується кавітацією демпфуючої частинки (поява пустот), яка також поглинає енергію. Однак поява зсувних смуг поглинає більшу частину енергії.
Щоб бути ефективною, дисперсна фаза повинна мати наступні властивості:
- Здатність до зволоження: Рекомендується еластомерна фаза. Як правило, використовуються матеріали з низькою температурою склування і низькокристалічні полімери. Для низькотемпературного зміцнення абсолютно необхідний низький Tg. Поліолефінові сополімери є чудовими кандидатами.
- Хороша когезія з безперервною фазою: Цей параметр є ключовим для ефективного зміцнення. Відсутність когезії може ініціювати численні тріщини, які потім можуть поширюватися до руйнування. Хороша когезія може бути досягнута за рахунок специфічної взаємодії на поверхні або за рахунок реакційної здатності. Комбінування відбувається шляхом утворення на межі розділу фаз "амфіфільних" кополімерів, що знижують поверхневий натяг і підвищують адгезію.
Сумісність полімерів також впливає на розмір, регулярність і стабільність дисперсії, що позитивно впливає на механічні характеристики готової деталі.
Функціоналізовані поліолефінові модифікатори удару
Щоб відповідати вимогам промисловості, полімери, такі як поліамід, поліестер, ПВХ або біопластик, потребують підвищеної ударостійкості.
Серед технологій ударної модифікації, доступних на ринку, полімерні ударні модифікатори, також відомі як функціоналізовані поліолефіни, пропонують повний спектр характеристик зміцнення - від загального призначення до суперзміцнення в різних полімерних системах.
Поліаміди (PA)
Широкий асортимент модифікаторів удару на основі функціоналізованих або нефункціоналізованих сополімерів або іономерів етилену дозволяє задовольнити унікальні потреби ваших компаундів PA 6, PA 6,6 або армованого скловолокном PA.
Найкращі в галузі показники ударостійкості:
- Надміцна ударостійкість
- Низькотемпературна в'язкість
- Проміжна в'язкість за зниженою вартістю
Додаткові переваги:
- Покращений потік для підвищення продуктивності
- Естетичні властивості (клас А, відмінна поверхнева обробка, чудова забарвленість)
- Відповідність вимогам FDA для прямого контакту з харчовими продуктами
Поліефіри (PBT, PET)
Полімерні модифікатори ударної в'язкості для інженерних полімерів або литих листів пропонують широкий діапазон рівнів продуктивності, що дозволяє створювати індивідуальні рішення, які відповідають вашим унікальним потребам.
- Інженерні полімери: Для застосувань з найвищими вимогами деякі полімерні модифікатори ударної в'язкості забезпечують надвисоку ударну в'язкість у первинних і армованих скловолокном сполуках. Однак при компаундуванні інженерних полімерів PBT завдання полягає в підвищенні ударної в'язкості при збереженні початкових властивостей.
Серед широкого спектру пропозицій ці рішення для модифікації при ударі дають компаундерам новий цінний інструмент для адаптації властивостей PBT-смол до вимог електричних і електронних роз'ємів, а також широкого спектру інших промислових і споживчих товарів.
- Застосування литого листа: Підвищення продуктивності з одночасним досягненням необхідних властивостей ударної в'язкості є дуже складним завданням, коли мова йде про застосування литих листів на основі PETF.
Переваги в застосуванні інженерних полімерів | Переваги в застосуванні литого листа |
- Зміцнення та збереження початкових властивостей
- Вища текучість розплаву
- Покращена технологічність
- Краща термостабільність
- Вищі показники міцності (міцність на розрив та модуль пружності)
- Підвищена стійкість до гідролізу
|
- Покращена продуктивність (тривалість циклу, стабільність процесу, використання повторного подрібнення)
- Зниження витрат на матеріали (PETF з меншою в'язкістю) (CPET)
- Відповідність харчовим нормам (FDA, європейським) (APET)
|
Полівінілхлорид (PVC)
Залежно від кінцевого використання, різні типи PVC-смол потребують різних добавок для модифікації ударної в'язкості, щоб досягти потрібних експлуатаційних характеристик.
Гнучкий PVC | Жорсткий PVC |
- Довговічна міцність і гнучкість
- Кращі низькотемпературні властивості
- Краще збереження властивостей після теплового старіння
- Краща гнучкість після хімічного впливу
|
- Покращені характеристики текучості та плавлення компаунду
- Покращена сумісність з наповнювачами
- Нижча температура переробки
- Вища пропускна здатність
- Вище завантаження наповнювача
- Нижчий вміст стабілізатора
|
Поліпропілен (PP)
Поліпропілен - це напівкристалічний полімер, який має дуже привабливе співвідношення ціни та якості і легко піддається переробці. Однак для задоволення деяких потреб промисловості поліпропілен потребує підвищеної ударостійкості при температурі навколишнього середовища або низьких температурах.
Модифікатори ударної в'язкості покращують міцність поліпропілену за кімнатних або низьких температур. Широкий асортимент продуктів дозволяє запропонувати унікальне та індивідуальне рішення для кожної ситуації.
Додаткові переваги:
- Покращена дисперсність пігментів, скловолокна або мінеральних наповнювачів
- Покращена сумісність для поліпропіленових сплавів
Акрилонітрил бутадієн-стирол (ABS)
ABS-смоли за своїми характеристиками знаходяться на рівні між інженерними пластмасами, такими як полікарбонат, і товарними матеріалами, такими як полістирол. Вони широко використовуються в таких сферах, як корпуси комп'ютерів і принтерів, побутова електроніка, прилади, садова техніка, автомобільні деталі та іграшки.
Під час виробництва ABS-компаундів, як стандартних, так і перероблених або наповнених, можна зіткнутися з проблемою низької міцності.
Ударне модифікування є дуже складним завданням, для якого існує одне конкретне рішення залежно від температури, необхідної для досягнення загальних характеристик міцності.
Додаткові переваги:
- Висока сумісність
- Висока дисперсність (дозволяє вносити зміни в процесі переробки)
Компаунди полікарбонату (PC/ABS, PC/PBT)
Сучасні вимоги до полікарбонатів пов'язані з високою ударною в'язкістю при низьких температурах при збереженні хорошої технологічності, що дозволяє ефективно виробляти високоспецифічні деталі і профілі, наприклад, для автомобільної промисловості, методом лиття під тиском.
Залежно від полімеру, який використовується для змішування смоли на основі РС, і необхідного рівня в'язкості потрібна певна добавка.
Порівняно з альтернативними технологіями, додаткові переваги можна знайти в наступному:
- Краща перероблюваність компаунду завдяки зниженій в'язкості розплаву
- Краща стійкість до ультрафіолетового випромінювання та термостійкість
- Вище подовження
- Легше транспортування та переробка завдяки формі гранул, а не порошку
Модифікатори удару серцевина-оболонка
Ці матеріали зазвичай мають гумову серцевину з низьким ТГ, наприклад, бутилакрилат або бутадієн, з оболонкою з полі (метилметакрилату) РММА.
Однією з головних переваг методу модифікатора удару "ядро-оболонка" є те, що забезпечується заздалегідь визначений розмір частинок. Однак, щоб модифікатор удару був ефективним для зміцнення інженерних пластмас, він повинен бути належним чином диспергований у матричному полімері і з'єднаний з ним.
Таке з'єднання може бути результатом фізичної взаємодії матриці оболонки з матрицею або хімічної реакції. Найочевидніший шлях до цього - об'єднати реакційноздатні фрагменти в ланцюги оболонки під час виготовлення за допомогою емульсійної полімеризації. Ці реакційноздатні фрагменти згодом вступають у реакцію з матрицею під час переробки розплаву.
Модифікатори удару MBS в порівнянні з акриловими модифікаторами удару
Метакрилат бутадієн-стиролу (MBS) | Модифікатори впливу на акрил (AIM) |
| |
Переваги:
- Відмінна низькотемпературна стійкість
- Відмінна забарвленість
- Відмінна дисперсність у більшості матриць інженерних пластмас
|
Переваги:
- Відмінна низькотемпературна стійкість
- Відмінна стійкість до ультрафіолетового випромінювання
- Відмінна термостійкість
- Хороша забарвленість
|
Застосування:
- Зовнішні (пофарбовані), внутрішні
|
Застосування:
- Зовнішнє (ультрафіолетове та теплове), внутрішнє (точкові джерела тепла)
|
- Модифікатори удару MBS "ядро-оболонка" призначені для забезпечення виняткового низькотемпературного удару в широкому спектрі інженерних пластмас, таких як полікарбонат, полікарбонатні сплави (PC/ABS, PC/PBT) і поліефіри.
- Модифікатор ударостійкості "ядро-оболонка" надає полікарбонату кращу ударну в'язкість при низьких температурах, забарвлення при литті та термічну стабільність, ніж будь-який інший акрил, доступний на ринку.
MBS модифікатори удару в полікарбонаті
Полікарбонат (PC) відомий своєю прозорістю, чудовою стійкістю до ударів і здатністю витримувати високі температури протягом усього терміну служби кінцевого виробу.
Однак низька хімічна стійкість PC (до бензину) є проблемою для застосування в автомобілебудуванні. Іншим обмеженням є лиття під тиском високов'язких марок, особливо коли потрібна висока ударостійкість.
Крім того, притаманні PC характеристики, такі як ударостійкість, також серйозно погіршуються, коли в суміші використовуються кольорові пігменти, наповнювачі або вогнезахисні добавки.
Перероблений PC є економічно вигідним рішенням для компаундерів. Однак етапи переробки знижують механічні характеристики PC, що робить необхідним використання модифікаторів удару в переробленому PC, щоб досягти бажаного рівня продуктивності.
Переваги модифікаторів удару MBS в полікарбонаті:
Переваги | Опис |
Виняткові низькотемпературні ударні характеристики |
- Модифікатори MBS дозволяють PC і особливо високопродуктивним PC досягати високих ударних характеристик при дуже низьких температурах.
- Високоефективні модифікатори удару на основі бутадієнового каучуку (ABS або MBS) негативно впливають на властиві полікарбонату показники стійкості до ультрафіолетового випромінювання та нагрівання.
- При застосуванні на відкритому повітрі або в умовах високої температури критично важливим є використання дуже стабільного модифікатора удару, який все ще забезпечуватиме високі ударні характеристики. Модифікатори удару розроблені для вирішення цієї технічної проблеми.
|
Відмінна стійкість до атмосферних впливів і теплового старіння |
- Модифікатори MBS забезпечують відмінну стійкість до атмосферних впливів, яка очікується від повністю акрилового модифікатора.
- Це дозволяє використовувати модифікатори ударостійкості в тих сферах застосування, які вимагають хорошого утримання кольору і збереження механічних властивостей при типовому зовнішньому впливі, отримуючи продукти, які зберігають довгострокові експлуатаційні характеристики в суворих умовах.
|
Виняткова фарбувальна здатність при литті під тиском |
- Модифікатори MBS забезпечують набагато кращу кольоровість, ніж більшість акрилових модифікаторів, доступних на ринку, які, як відомо, знижують інтенсивність кольору, що ускладнює, якщо не унеможливлює, отримання темних деталей.
- Засновані на запатентованій технології, вони відкрили двері для застосувань, які вимагають гарного збереження кольору та унікальних механічних властивостей під впливом навколишнього середовища.
|
Модифікатори удару MBS в компаундах полікарбонату (PC/ABS, PC/PBT)
Щоб відповідати новим вимогам ринку, включаючи технічні характеристики, але також і вартість, компаундисти розробили полімерні суміші, які збалансовують чудові переваги полікарбонату з унікальними характеристиками співвідношення ціни та якості інших матриць, таких як ABS або поліефіри (PBT).
Ці суміші полімерів забезпечують високу продуктивність у порівнянні з традиційними PC. Ці суміші допомагають:
- Подолання поганих характеристик течії та крихкості - для покращення характеристик течії в непрозорих областях застосування високоміцного PC в матрицю PC можна додати гумову фазу, наприклад, акрилонітрил-бутадієн-стирол (ABS).
PC/ABS - це найбільш швидкозростаючий на сьогоднішній день сплав PC, в якому ABS дозволяє збалансувати високу ударну в'язкість, чистоту поверхні та високу текучість для кращої обробки. Недоліком є те, що суміші PC/ABS часто не відповідають новим стандартам вогнестійкості.
Найпоширенішими кінцевими споживачами PC/ABS є автомобільні деталі, корпуси офісного обладнання, комп'ютери та мобільні телефони.
- Подолання низької хімічної стійкості - відомо, що полікарбонат має дуже низьку хімічну стійкість, що є критично важливою характеристикою в автомобільній промисловості при контакті з маслом і бензином.
Щоб подолати цю слабкість, полікарбонат і поліефіри, такі як PBT, змішують для отримання сплаву з високою хімічною стійкістю, що, на жаль, призводить до низьких ударних характеристик PBT.
Але коли справа доходить до переробки, додавання наповнювачів, кольорових пігментів або антипіренів, всі ці суміші втрачають свої первинні критичні показники міцності.
Переваги модифікаторів удару MBS в компаундах полікарбонату:
Переваги | Опис |
Краща сумісність |
Висока ударна в'язкість сплавів PC/ABS буде значною мірою залежати від здатності добре диспергувати різні полімерні фази (PC, PB, SAN), що зазвичай досягається за допомогою технічних сполук. |
Чудовий низькотемпературний вплив |
Низька температура склування (Tg<-80°C) при ударі дозволяє використовувати їх для складних низькотемпературних застосувань для створення виробів, які можуть витримувати температуру до -50°C і зберігати свою структурну цілісність. |
Хороша дисперсність |
Модифікатори удару легко диспергуються за допомогою звичайних методів компаундування. Отримані суміші інженерних пластмас легко заливаються у формувальне обладнання і мають виняткову стійкість до ударної в'язкості. |
Модифікатори удару MBS в поліефірах
Поліефіри, такі як полібутилентерефталат (PBT) і поліетилентерефталат (PET), є напівкристалічними полімерами, що демонструють дуже привабливі характеристики, такі як висока термостійкість і хімічна стійкість. З іншого боку, поліефіри демонструють низьку стійкість до низькотемпературного удару, тому необхідні модифікатори удару.
Поліефіри часто використовуються в автомобілебудуванні, наприклад, для виготовлення корпусів приводів електричних склопідйомників і світлопровідних корпусів. Вони також використовуються для багатьох побутових приладів, електротехніки та медицини.
Переваги модифікаторів удару MBS в поліефірах:
Переваги | Опис |
Чудовий низькотемпературний вплив |
Низька температура склування (Tg<-80°C) ударних модифікаторів дозволяє використовувати їх для складних низькотемпературних застосувань, щоб створювати вироби, які витримують температуру до -50°C, залишаючись при цьому пластичними. |
Хороша дисперсність |
Модифікатори удару легко диспергуються за допомогою звичайних методів компаундування. Отримані суміші інженерних пластмас легко заливаються у формувальне обладнання і мають виняткову стійкість до ударної в'язкості. |
Термопластичні еластомери (TPE) як модифікатори впливу
Термопластичний еластомер зазвичай визначається як полімер, який може перероблятися як термопластичний матеріал, але також має властивості звичайного термореактивного каучуку.
Деякі з загальних класів комерційних TPE включають в себе:
- Стирольні блок-сополімери
- Термопластичні поліуретани
- Термопластичні сополімери
- Термопластичні поліаміди
Для того, щоб бути класифікованим як термопластичний еластомер, матеріал повинен мати характеристики, перелічені нижче.
- Здатність розтягуватися до помірних подовжень, а після зняття напруги повертатися до форми, близької до початкової
- Перероблюваність як розплав при підвищених температурах
- Відсутність значної повзучості
TPE – Переваги та недоліки:
Переваги | Недоліки |
- Придатні для вторинної переробки. Мають типові еластичні властивості каучуків, які не підлягають вторинній переробці.
- Потребують мало або взагалі не потребують компаундування, без необхідності додавання армуючих агентів, стабілізаторів або систем затвердіння.
- Споживають менше енергії.
|
- Плавляться при підвищених температурах, і це може обмежити їх використання з певними інженерними пластмасами.
- Може вимагати сушіння перед переробкою.
- Існує обмежена кількість низькомодульних матеріалів, які можуть бути використані в TPE.
|
TPE часто використовуються, коли звичайні еластомерні матеріали не можуть забезпечити ряд фізичних властивостей, необхідних для виробу. Таким чином, їх застосування залежить від кінцевого використання, і конкретні TPE використовуються в залежності від кінцевої потреби.
Це ще один приклад вимоги досягнення відповідного балансу модуля пружності та ударних властивостей при ударній модифікації інженерних пластмас. Ця особливість є актуальною і важливою для всіх описаних підходів.
Сипучі еластомерні суміші як модифікатори удару
Підхід до використання об'ємних еластомерних сполук як модифікаторів удару відрізняється від використання матеріалів типу "ядро-оболонка", оскільки розмір дисперсної гумової фази залежить від умов переробки, які використовуються. Це дозволяє контролювати розмір частинок у кінцевому продукті, модифікованому під час удару.
Недоліки використання еластомерів як модифікаторів удару
Одним з найбільших недоліків цього підходу є те, що зниження жорсткості, яке спостерігається при додаванні еластомеру, зазвичай є більшим, ніж при використанні модифікаторів типу "ядро-оболонка". Це означає, що якщо збереження жорсткості, яку забезпечує інженерний пластик, є критично важливим для застосування, концентрація еластомеру повинна бути відповідним чином відрегульована. Приклад - модифікація PBT за допомогою еластомерної суміші.
У цьому випадку умови переробки сумішей PBT/еластомеру впливають на розмір частинок еластомеру і, отже, на ударну модифікацію, яка досягається. Крім того, відносна в'язкість компонентів впливає на морфологію кінцевої суміші. Оскільки в'язкість розплаву безпосередньо пов'язана з молекулярною масою полімерів, з цього випливає, що молекулярна маса є важливим фактором у визначенні спостережуваних ударних модифікацій.
По матеріалам SpecialChem
■