Влияние вязкости и дисперсности несовместимых полимеров на волокнообразование в их смесях (стр. 2 из 2)
Рис. 6. Продольные срезы с экструдатов смесей ПЭ-1 — ПС-1 (а) и ПЭ-2 - ПС-1 (б) при Т=6,8104 Па
Обращает на себя внимание проявление волокнообразования в изученных смесях в области, ограниченной прямыми 7 и 8, независимо от того, растет или снижается величина отношения в зависимости от напряжения сдвига. Этот факт свидетельствует, по-видимому о том, что в области больших т ведущую роль в волокнообразовании могут играть не касательные, а растягивающие напряжения, сравнимые по величине со значениями т, действующими на входе в капилляр [17].
Анализ полученных данных показывает, что в области напряжений, соответствующих развитому волокнообразованию, морфология экструдата в целом существенно зависит не только от отношения, но и от абсолютной величины вязкости компонентов, т и от однородности распределения частиц ПЭ в исходной смеси. Так, смешивание высоковязких ПЭ-1 и ПС-1 приводит к образованию сравнительно толстых, значительно различающихся по диаметру волокон. Снижение вязкости ПЭ при переходе к смеси ПЭ-2 — ПС-1 приводит к образованию более тонких и однородных по диаметру волокон, что видно из сравнения микрофотографий продольных срезов с экструдатов этих смесей (рис. 6). Высокой однородностью по диаметрам обладают волокна и в смеси ПЭ-3 — ПС-3 (наименее вязкий ПЭ), имеющей значение Ткр, близкое к величине Ткр смеси ПЭ-1 — ПС-1 (рис. 5). Увеличение напряжения сдвига приводит также к образованию более тонких волокон в данной смеси. В целом в зависимости от разных факторов в смесях ПЭ — ПС образуются волокна со средним диаметром 2—7 мкм.
Как правило, волокна ПЭ неравномерно распределяются по сечению экструдата. При этом они группируются в концентрические слои, а на поверхности экструдата образуется «рубашка» из ПЭ. Аналогичная морфология экструдатов известна и для других волокнообразующих смесей полимеров [2, 4]. Это обусловлено миграцией компонентов смеси в радиальном направлении при продавливании расплавов через капилляр из-за различия реологических характеристик компонентов и из-за широкого распределения их частиц по размерам. При этом более важную роль играет, по-видимому, второй фактор. Действительно, в настоящей работе использован капилляр с довольно большим отношением длины к диаметру, что должно способствовать более выраженному процессу миграции компонентов смеси в радиальном направлении [16]. Найдено, что нет существенного различия в морфологии смесей на основе разных пар ПЭ — ПС при приготовлении смеси по способу А. В то же время дополнительная гомогенизация смеси ПЭ-2 — ПС-1, приготовленной по способу А, путем ее двукратного продавливания через капилляр (способ Г), приводит к более равномерному распределению фазы ПЭ по сечению экструдата (рис. 7). Аналогичное явление наблюдается при сравнении морфологии смесей, полученных по способам А и В.
Рис. 7. Поперечные срезы с экструдатов смесей ПЭ-2 - ПС-1, полученных по способу А (а) и Г (б) при Т=6,8104 Па
Важно отметить, что значительное снижение величины отношенияпри данном содержании ПЭ и данном способе приготовления смеси может приводить к изменению ее фазового состояния, что известно и для других полимерных смесей [18]. Следствием этого является изменение морфологии экструдата, которая оказывается также весьма чувствительной и к величине приложенного напряжения. Так, в случае смеси ПЭ-3 — ПС-1, приготовленной по способу А и характеризующейся отношением (3—10)-10-2, уже на стадии ее разогревания и прессования под. давлением в резервуаре вискозиметра ПЭ образует с ПС взаимопроникающие фазы, в результате чего в экструдате наряду с волокнами ПЭ присутствуют его пленки, охватывающие вытянутые в направлении оси экструдата домены ПС с диаметром ~8 мкм (рис. 8, а). Эта морфология экструдата иногда может оказаться предпочтительней такой морфологии, когда фаза ПЭ состоит только из волокон ПЭ [3]. Рост напряжения сдвига приводит в этом случае к увеличению содержания пленок и к снижению количества волокон ПЭ в смеси, причем в области напряжений сдвига, близких к Тпр, ПЭ становится дисперсионной средой, а ПС — дисперсной фазой. Это видно из микрофотографии поперечного среза с экструдата в частично поляризованном свете, на которой темные области соответствуют ПС (рис. 8, б). Очевидно, устранение пленок и повышение количества волокон в экструдате может быть достигнуто снижением концентрации волокнообразующего компонента до такого его содержания в смеси, при котором он будет образовывать дисперсную фазу. Эта концентрация должна понижаться с уменьшением отношения Цпэ/цпс и может быть оценена по данным работы [18]. Найдено, что переход от 30 к 10%-ной смеси ПЭ-3 — ПС-1, в которой образование взаимопроникающих фаз менее вероятно, приводит к тому, что отмытый от ПС экструдат практически целиком состоит из волокон ПЭ.
Таким образом, волокнообразование в смесях полимеров при их про-давливании через узкие капилляры или щели является сложным процессом, определяемым наложением многих факторов, действующих в ряде случаев в противоположных направлениях. При этом важнейшую роль играет отношение вязкостей компонентов смеси и морфология смеси перед продавливанием через капилляр. При больших величинах отношения вязкости волокнообразующего компонента к вязкости второго компонента (более 10—30 единиц) волокнообразования не происходит. Уменьшение этого отношения до величины в десятки и более раз меньше единицы позволяет реализовать процесс волокнообразования в широком диапазоне напряжений сдвига, начиная с их сравнительно малых величин.
Рис. 8. Поперечный скол с экструдата смеси ПЭ-З-ПС-1, Т=6,8-104 Па (в); поперечный срез с экструдата смеси ПЭ-3 - ПС-1 Т=1,0-105 Па (б)
Получение однородных смесей полимеров с четким выделением волокнообразующего компонента в виде дисперсной фазы приводит к образованию экструдатов, содержащих в основном волокна диспергированного компонента. Получение таких смесей наиболее легко реализуется при практически одинаковых значениях вязкостей их компонентов. Значительное снижение вязкости волокнообразующего компонента по отношению к вязкости второго компонента может приводить к образованию смеси, состоящей из взаимопроникающих фаз обоих полимеров. Получение обобщенного графика свидетельствует о том, что изменение разменов и формы частиц фазы ПЭ от нескольких микрометров до десятков микрометров сравнительно слабо влияет на вязкостные свойства смесей. Определяющим в этом случае является, по-видимому, фазовое состояние смеси.
Литература
1.Цебренко М.В., Юдин А.В., Кучинка М.Ю., Виноградов Г.В., Зубович К. Л. Высокомолек. соед. Б, 1973, т. 15, № 8, с. 566.
2.Tsebrenko М.V., Judin А.V., Ablazova Т.I., Vinogradov G.V. Polymer, 1976, v. 17, № 9, p. 831.
3.Paul D.R. In: Polymer blends. N. Y.: Academic Press, 1978, v. 2, p. 168.
4.Krasnikova N.P., Kotova E.V., Vinogradov G.V., Pelzbauer Z.J. Appl. Polymer Sci., 1978, v. 22, № 7, p. 2081.
5.Van Oen H.J. Colloid Interface Sci., 1972, v. 40, № 3, p. 448.
6.Starita J.M. Trans. Soc. Pheology, 1972, v. 16, № 2, p. 339.
7.Мирошникое Ю.П., Голъман А.И., Кулезнев В.Н. Коллоидн. ж., 1979, т. 41, вып. 6, с. 1120.
8.Tsebrenko М.V-, Rezanova N.М., Vinogradov G.V. Polymer Engng Sci., 1980, v. 20, № 15, p. 1023.
9.Белов Г.П., Богомолова Н.Б., Цветова В.И., Чирков Н.М. Кинетика и катализ, 1967, т. 8, № 2, с. 265.
10.Виноградов Г.В., Малкин А.Я., Плотникова Е.П., Крашенинников С.К., Кулапов А.К., Богомолов В.М., Шахрай А.А., Рогов В.А. Высокомолек. соед. А, 1978, т. 20, № 1, с. 226.
11.Виноградов Г.В., Прозоровская Н.В. Пласт, массы, 1964, № 5, с. 50.
12.Мендельсон Р.А., Фингер Ф.Л., Бегли Е.Б. В кн.: Вязкоупругая релаксация в полимерах. М.: Мир, 1974, с. 178.