Реологические свойства наполненных полимеров

При выборе оптимальных технологических режимов переработки наполненных полимеров важное значение имеют их реологические свойства. Вязкость расплавов, температура текучести полимеров в основном зависит от собственных реологических свойств полимера, концентрации наполнителя, его формы и размера. При этом, если в расплаве полимера формируется структура, образованная частицами наполнителя, то реологические свойства наполненного полимера будут определяться в основном этой структурой. Для таких систем сохраняется ньютоновское поведение жидкости, ламинарность потока и другие условия. Вязкость наполненного полимера определяется гидродинамическим эффектом и механическим усилием матрицы вследствие взаимодействия с наполнителем (27).

Для систем, в которых частицы наполнителя покрыты адсорбционным слоем полимера, наблюдается эффективное увеличение объема дисперсной фазы на величину объема полимера, связанного частицами наполнителя. Разность между действительным и кажущимся объемом частиц дает эффективный объем адсорбированного слоя, из которого можно определить его среднюю толщину. Взаимодействие полимера с наполнителем оказывает влияние на его вязкость даже в разбавленных растворах полимеров. Влияние наполнителя на вязкость наполненного полимера зависит в т.ч. от концентрации его раствора.

Механизм течения наполненных и ненаполненных полимеров аналогичен, т.е. не происходит разрыва связей между полимером и наполнителем. Наибольшее влияние на вязкость наполненного полимера оказывает введение 2-5% наполнителя.

Реологические свойства наполненных систем в значительной мере определяются структурообразованием в полимере частиц наполнителя и связыванием их друг с другом через молекулы полимера, адсорбированные на поверхности наполнителя. Таким образом частицы наполнителя могут являться центрами возникновения сплошной пространственной сетки, образующейся в результате ориентации макромолекул полимера под влиянием сплошного поля частиц активного наполнителя. Если степень наполнения раствора полимера высока, то возможно структурообразование в чистом растворителе за счет взаимодействия частиц наполнителя друг с другом. Минимальная степень наполнения, при которой в растворе возникает пространственная структура, уменьшается с ростом степени дисперсности активного наполнителя. Такие структуры обладают тиксотропными свойствами, причем для них характерно наличие тонких остаточных прослоек жидкой среды растворителя в местах контакта между частицами. Эти прослойки, снижая прочность системы, обеспечивают ее способность к пластическим деформациям - пластическому течению без значительного разрушения структуры и к легкому ее восстановлению после полного или частичного разрушения. Таким образом, вязкость наполненных полимеров и их растворов зависит природы полимера, растворителя, наполнителя, его формы и размера, концентрации раствора полимера и содержания наполнителя.