При этом особенно важно, что правильный выбор полимеров для смешения позволяет получить материал со свойствами, которыми не обладает ни один из использованных компонентов. И совсем необязательно, чтобы полимеры, входящие в композицию, образовывали однофазную структуру, т.е. были взаиморастворимы. При взаимном растворении веществ происходит значительное увеличение энтропии системы, как это имеет место при растворении низкомолекулярных веществ. При смешении полимеров, как правило, энтропия системы изменяется незначительно, причем иногда уменьшается. В то же время энтальпия системы возрастает, т.к. процесс смешения полимеров протекает с поглощением тепла. Такое изменение важнейших термодинамических характеристик системы - энтальпии и энтропии - препятствует взаимному растворению полимеров, т.е. делает их несовместимыми. На практике очень часто смешивают полимеры, несовместимые с термодинамической точки зрения и, следовательно, образующие двухфазную или многофазную структуру. Создание такой многофазной структуры позволяет конструировать полимерные материалы с необходимыми свойствами. Следует сказать, что термодинамически совместимых полимеров чрезвычайно мало. Одной из таких пар полимеров являются поливинилхлорид и нитрильный каучук марки СКН-40. Совместимы также поливинилхлорид и полиметилметакрилат, полибутадиеновый и бутадиен-стирольный каучуки. Совместимость двух полимеров зависит от многих факторов: их молекулярной массы, условий смешения, присутствия третьего компонента и др. Снижение молекулярной массы полимеров, присутствие пластификатора, увеличение температуры способствуют улучшению их совместимости. Совместимые полимеры растворяются друг в друге, образуя композицию с одной температурой стеклования, промежуточной между температурами стеклования исходных полимеров. Степень взаиморастворимости полимеров и является характеристикой их совместимости. Большинство полимеров, как сказано выше, термодинамически несовместимы, они образуют дисперсные смеси. Несмотря на это, их смешение позволяет получить макрооднородные композиции. Это происходит потому, что смешение полимеров проводится при повышенных температурах, выше температуры текучести обоих компонентов. При повышенной температуре создаются гомогенные эмульсии. Их охлаждение ниже температур текучести компонентов, входящих в композицию, делает расслоение такой эмульсии невозможным. Свойства полимерных композиций зависят от структуры дисперсии, свойств составляющих дисперсию фаз и взаимодействия между фазами на границе их раздела. Степень взаимодействия между фазами определяет величину промежуточного или переходного слоя на границе их раздела, в котором сегменты макромолекул несовместимых, но смешанных полимеров, взаимно растворяются. Толщина промежуточного слоя составляет 2-20 нм и зависит от степени сродства полимеров. Она может быть рассчитана и измерена. Свойства материала в межфазном слое отличаются от свойств смешанных материалов. Промежуточный слой имеет свою температуру стеклования, т.е. смесь двух несовместимых полимеров проявляет три температуры стеклования: одну - дисперсной фазы, вторую - дисперсионной среды, третью - промежуточного слоя. Структурой композиционного материала на основе несовместимых полимеров можно управлять, вводя в композицию специальные добавки и изменяя технологию смешения. В направленном выборе полимеров и других компонентов, создании оптимальных технологических режимов кроются широкие возможности для получения материалов с заданными свойствами. Это одна из так называемых «нанотехнологий», позволяющих управлять техпроцессами на наноуровне, т.е. воздействуя на частицы размером 10-9 м. Многочисленными работами показано, что смешение несовместимых полимеров практически всегда приводит к значительному увеличению характеристик нового материала по сравнению с исходными полимерами. Большие возможности для улучшения эксплуатационных свойств полимерных материалов дает комбинирование пластмасс и каучуков. Так, смешивая поликарбонат, полибутадиентерефталат и каучук, получают композицию с повышенной ударной прочностью, морозостойкостью, устойчивостью к агрессивным средам и другими. Такую композицию используют в автомобилестроении для производства бамперов и других деталей. Другим примером является производство ударопрочного полистирола путем добавления к хрупкому полистиролу до 15 % каучука, который, не совмещаясь с ним, образует дисперсную фазу и тем самым придает композиционному материалу новые свойства. Как видно из табл. 3, композиция из полистирола и 15 % по массе каучука обладает несколько меньшей прочностью, чем исходный полимер. Но в отличие от него обладает существенно более высокой ударной вязкостью и более низкой твердостью, что позволяет использовать ее для изготовления многих изделий и деталей, к которым предъявляются требования по ударной прочности и хрупкости.
|
