Aumento de preço do PoE novamente?

Como um dos materiais de reforço mais utilizados, essa dinâmica sem dúvida causa dores de cabeça às empresas de modificação. Resistência e tenacidade são dois importantes indicadores de desempenho mecânico, portanto, a modificação de plásticos para aumentar sua tenacidade tem sido uma das principais áreas de atuação na modificação de plásticos, e atualmente a adição de agentes de reforço ainda é o meio mais direto e eficaz de aumentar a tenacidade do material.

Então, além do uso de elastômeros para reforço, quais outras opções existem? Hoje, vou abordar as ideias viáveis ​​para modificação do reforço.

Os agentes de tenacificação comumente usados ​​podem ser divididos em duas categorias: agentes de tenacificação ativos e agentes de tenacificação inativos. Os agentes ativos são aqueles cujas cadeias moleculares contêm grupos ativos que podem reagir com a resina da matriz, formando uma estrutura de rede e aumentando parte da resistência. Os agentes de tenacificação inativos são uma classe de agentes que são bem compatíveis com a resina base, mas não participam da reação química.

Materiais elastoméricos de reforço

Quase todos os materiais flexíveis podem ser usados ​​como agentes de reforço para materiais frágeis; a chave é a compatibilidade entre os componentes multifásicos. Somente um sistema de reforço com boa compatibilidade atinge o objetivo de reforço desejado, caso contrário, é contraproducente. Os agentes de reforço elastoméricos mais comuns são classificados de acordo com sua temperatura de transição vítrea, alta ou baixa.

(1) Resina de alta resistência ao impacto
Tais como polietileno clorado (CPE), copolímero de metacrilato de metila-butadieno-estireno (MBS), copolímero de acrilato (ACR), copolímero em bloco de estireno-butadieno (SBS), SBS hidrogenado (SEBS), POE, EVA, etc.
(2) Borracha de alta resistência ao impacto
Tais como borracha de etileno-propileno (EPR), EPDM, NBR, NR, SBR, BR, CR, etc.
Além disso, se o TPU for usado como agente de tenacificação para o PA66, a resistência ao impacto com entalhe do compósito PA66/TPU melhora substancialmente, e as propriedades de tração do compósito diminuem apenas ligeiramente. As propriedades mecânicas atingem o melhor resultado quando a quantidade de TPU adicionada é de 5%. A cristalinidade diminuiu em 50%, indicando que o sistema tem um efeito de tenacificação significativo no PA66.

Classificação do elastômero segundo sua estrutura interna.

(1) Classe de elastômero predeterminada
São polímeros com estrutura núcleo-casca, compostos por um núcleo de elastômero macio e uma casca de polímero com alta temperatura de transição vítrea. Exemplos incluem MBS, ACS, MABS, etc.
(2) Classe de elastômero não predeterminada
Trata-se de um polímero reticulado, e sua modificação por impacto ocorre por meio de um mecanismo de ação do solvente, semelhante ao CPE, EVA, etc.
(3) Classe de elastômeros de transição

A estrutura situa-se entre elastômeros predeterminados e não predeterminados, como o ABS, etc.

Materiais rígidos e reforçados

Materiais inorgânicos de reforço rígido (RIF), principalmente cargas inorgânicas ultrafinas e cargas especiais.

O termo "enchimento inorgânico ultrafino" refere-se a partículas com tamanho entre 0.1 e 5 μm. O efeito modificador desse enchimento, com o aumento da adição do mesmo, resulta em uma diminuição gradual da resistência à tração e à resistência ao impacto, que permanecem inalteradas ou aumentam ligeiramente no sistema de mistura, enquanto as demais propriedades continuam a subir.

Os materiais de enchimento especiais incluem superfibras (CF), enchimentos em forma de agulha/esfera, sais de metais alcalino-terrosos e minerais de terras raras, etc.

Superfibras como fibras de carbono, fibras de boro, fibras de quartzo, fibras orgânicas, nanotubos de carbono e diversos tipos de whiskers. A dispersão de superfibras em polímeros deve ser realizada por métodos relativamente específicos e direcionados.

Material de enchimento em forma de agulha, como a wollastonita em forma de agulha, que possui um certo efeito de reforço.

Geralmente, o tratamento é feito com um agente de acoplamento de silano ou um agente de acoplamento composto por 10 a 15 minutos a uma temperatura de 50 a 80 °C, sendo recomendada uma adição de 10 a 15%. A wollastonita sem tratamento não apresenta efeito de tenacificação.
Os materiais de enchimento esféricos incluem microesferas de vidro, microesferas ocas de vidro, esferas de wollastonita, esferas de plástico, esferas de cerâmica, etc.

Os sais de metais alcalino-terrosos incluem principalmente sulfato de bário, cuja quantidade de enchimento varia amplamente, e a resistência ao impacto do material de enchimento apresenta diferentes graus de melhoria. Com a adição de cerca de 60%, a resistência ao impacto atinge o pico.
Os minerais de terras raras são principalmente óxidos de terras raras, compostos alquilados de terras raras e sais de terras raras, como o óxido de rubídio e o fluoreto de cério. O mecanismo de tenacificação dos minerais de terras raras está geralmente relacionado à sua nucleação, ou seja, as terras raras são usadas como agentes nucleantes para melhorar a estrutura cristalina do sistema de tenacificação e atingir o objetivo de tenacificação. São utilizados principalmente na tenacificação de polímeros cristalinos, como PP, PA, POM, etc.

(2) Materiais orgânicos rígidos reforçados (ROF)
Tal comoPMMA, PP, PS, MMA/S e SAN, etc. Com a dupla função de endurecimento e fortalecimento, o efeito de endurecimento e fortalecimento é parabólico.

Princípio de endurecimento
Quando um material polimérico é submetido a um impacto que causa danos (fratura), sua tenacidade depende da energia de impacto absorvida e da sua capacidade de resistir à propagação da trinca. Então, qual o papel dos materiais de reforço e da matriz no aumento da tenacidade em polímeros?

1. Mecanismo de endurecimento do elastômero

O elastômero absorve energia diretamente; quando a amostra é impactada, produzem-se microfissuras. Quando as partículas de borracha se movem através das duas margens da fissura, a fissura precisa esticar a borracha para que ela se desenvolva. O processo de deformação da borracha absorve muita energia, aumentando assim a resistência ao impacto do plástico.

2. Teoria do rendimento

A alta resistência ao impacto do plástico reforçado com borracha provém principalmente da grande deformação de escoamento da resina da matriz. Essa deformação ocorre porque o coeficiente de expansão térmica e a razão de Poisson da borracha são maiores que os do plástico. Durante o resfriamento no processo de moldagem, a contração térmica e a deformação, juntamente com a contração transversal da tensão hidrostática da matriz circundante, aumentam o volume livre da resina da matriz, reduzindo sua temperatura de transição vítrea. Isso facilita a deformação plástica e melhora a tenacidade. Além disso, a deformação plástica também é causada pelo efeito de concentração de tensão das partículas de borracha.

3. Desvendando a teoria central

Os grânulos de borracha atuam como pontos de concentração de tensão, criando um grande número de pequenas fissuras em vez de algumas grandes, e é necessária mais energia para propagar inúmeras pequenas fissuras do que algumas grandes. Ao mesmo tempo, os campos de tensão de um grande número de pequenas fissuras interferem uns com os outros, enfraquecendo as tensões principais para o desenvolvimento das fissuras, o que, por sua vez, retarda o desenvolvimento das fissuras e leva à sua extinção.

4. Teoria do padrão de prata múltipla

Devido ao número extremamente elevado de partículas de borracha no plástico reforçado, uma grande concentração de tensões desencadeia um grande número de padrões prateados, que podem dissipar uma grande quantidade de energia. As partículas de borracha também atuam como terminadores das faixas prateadas, e partículas pequenas não conseguem interromper esse processo.

5. Teoria da faixa de cisalhamento de listras prateadas

Esta é uma teoria importante e geralmente aceita na indústria. Numerosos experimentos demonstraram que o mecanismo de deformação do polímero consiste em dois processos: um é o processo de deformação por cisalhamento e o outro é o processo de ondulação da prata. O processo de cisalhamento inclui tanto a deformação difusa por escoamento por cisalhamento quanto a formação de bandas de cisalhamento localizadas. A deformação por cisalhamento é apenas uma mudança na forma do objeto; a energia de coesão entre as moléculas e a densidade do objeto permanecem basicamente inalteradas. O processo de estriação da prata, por outro lado, causa uma diminuição significativa na densidade do objeto. Por um lado, existem cavidades no corpo do grão de prata, indicando que a granulação da prata causou certos danos ao material, o que é um precursor de danos por fratura submicroscópica; por outro lado, o grão de prata consome muita energia no processo de formação e crescimento, o que restringe a propagação de trincas e melhora a tenacidade do material, sendo este um dos mecanismos mecânicos de tenacificação do polímero. Portanto, a compreensão correta do fenômeno de estriação prateada é fundamental para entender o processo de deformação e fratura de materiais poliméricos, e é uma das chaves para realizar o projeto de plásticos modificados por mistura, especialmente plásticos reforçados.

6. Teoria da cavitação

A teoria da cavitação refere-se ao fenômeno de cavitação dentro das partículas de borracha ou na camada interfacial entre as partículas de borracha e o substrato, sob a ação de tensão tridimensional durante o processo de deformação em baixa temperatura ou alta velocidade. A teoria afirma que, sob a ação de forças externas, o plástico modificado com borracha dispersa, devido à concentração de tensão nas partículas de borracha, resulta na formação de cavitação na interface entre a borracha e a matriz. Uma vez que as partículas de borracha sofrem cavitação, a tensão hidrostática ao redor da borracha é liberada, o estado de tensão do ligamento fino da matriz entre as cavidades passa de tridimensional para unidimensional, e a deformação plana para tensão plana. Esse novo estado de tensão é propício à formação de bandas de cisalhamento. Portanto, a cavitação em si não constitui uma transição frágil-duro do material; ela apenas leva a uma mudança no estado de tensão do material, que desencadeia o escoamento por cisalhamento, impede a propagação de trincas e melhora a tenacidade do material.