Механические свойства

Анализ и прогноз механических свойств монополимерных смесей ПП крайне сложны, поскольку эти свойства очень сильно зависят от кристалличности и кристаллической морфологии. Это является причиной больших различий в описании поведения таких материалов в литературе.

На рис. 6.4 приведены модули упругости различных смесей ОПП/ВПП. Вновь число после аббревиатуры образца обозначает число циклов переработки. Модуль образца ВПП выше модуля ОПП из-за увеличения кристалличности вторично переработанного образца, связанного с падением молекулярной массы при переработке ПП [5]. Стоит заметить, что данное уменьшение молекулярной массы, вызывающее снижение модуля, при определенных условиях ответственно также за его увеличение.

Что касается смесей, то при низких концентрациях ВПП происходит резкое увеличение модуля, который затем выравнивается. Во всех случаях модули оказываются выше, чем у чистых компонентов, причем наблюдаются небольшие максимумы.

Ситуация несколько иная для смесей ОПП с вторичным экструзионным ПП (ВПП-Э) (рис. 6.5). В этом случае модуль вторично переработанного компонента выше, чем у чистого компонента, а кривая свойство-состав идет почти линейно и без максимумов

Поведение смесей оригинального ОПП-Э с ВПП-Э более сложное (рис. 6.6). В этом случае величины модуля оригинального и восстановленного компонентов очень близки. Результат вновь объясняется деструкцией ПП. Уменьшение

молекулярной массы вызывает снижение модуля, которое может быть компенсировано ростом кристалличности, как и в случае с ВПП. Данный образец получен литьем под давлением, то есть имеет пониженную молекулярную массу, но рост кристалличности в нем меньше, чем в оригинальном материале [16], и увеличения модуля упругости не наблюдалось. Следует отметить выраженный максимум в значениях модуля при низком содержании ВПП-Э в смеси.

Эти результаты подтверждаются анализом удлинения при разрыве (рис. 6.7). В системе ОПП/ВПП падение удлинения при разрыве наблюдается только при большом количестве ВПП в смеси, в особенности это справедливо для ВПП, переработанного пять раз. Это подтверждает вывод о том, что увеличение модуля прямо связано с уменьшением молекулярной массы, которое оказывает положительное влияние на модуль упругости, но отрицательное — на относительное удлинение. Ситуация выглядит сложнее для смесей ОПП-Э/ВПП-Э (рис. 6.8), где при малом содержании ВПП присутствует глубокий минимум. Такое поведение можно объяснить на основе морфологии кристаллов и особенно с учетом размера сферолитов, которых в смеси, содержащей 25 % ВПП-Э1, меньше, чем в чистых полимерах [5].

Эти результаты были частично подтверждены Инкарнато с сотр. [15]. Они не обнаружили значительного различия в механических свойствах после смешения оригинального ПП с таким же ПП, пятикратно переработанным в экструдере. На рис. 6.9 приведены зависимости модуля растяжения, прочности при растяжении и удлинения при разрыве в зависимости от содержания ВПП. Как уже говорилось, значительного изменения механических свойств не наблюдалось, за исключением небольшого увеличения модуля при низких концентрациях ВПП и уменьшения удлинения при разрыве.

В другой работе [7] ОПП смешивался с образцами ВПП, испытавшими фото-или механодеструкцию. В то время как механодеструктированный ПП проявляет заметное уменьшение молекулярной массы с незначительным (или вовсе нулевым) количеством привитых на скелет карбонилов, в фотодеструктированном ПП ситуация совершенно противоположная: сильное падение молекулярной

массы сопровождается появлением большого количества карбонильных групп. На рис. 6.10 показано удлинение при растяжении смесей из ОПП с ВПП, переработанном в одношнековом экструдере (ВПП-Е) или в смесителе в течение 15 мин (ВПП-М) в зависимости от содержания ВПП. Цифры после ВПП-М указывают частоту вращения лопастей в смесителе.

Ситуация крайне интересна, потому что если для образцов, содержащих ВПП-Е, наблюдалось почти линейное поведение кривой свойство-состав, то кривые,

относящиеся к механодеструктированным образцам ВПП показывали глубокий минимум в области 50 %. Смесь, содержащая ВПП-Е, проявляет поведение, очень близкое к тому что наблюдалось для смеси ОПП/ВПП-1 (см. рис. 6.7), но без ранее наблюдавшихся глубоких минимумов. Это можно объяснить присутствием карбонильных групп, которые выполняют две функции: с одной стороны, они усиливают несовместимость между ОПП и ВПП (ВПП — это не только компонент с пониженной молекулярной массой, но к тому же полярный полимер, поскольку он содержит карбонильные группы в скелете цепи), а с другой — присутствие этих боковых групп препятствует дальнейшей кристаллизации при падении молекулярной массы Анализ морфологии смеси, содержащей наиболее деструктирован-ный ВПП-М250, выявил островки сферолитов различных размеров. Кристаллы с более высокой температурой плавления, возможно, действуют как центры кристаллизации для низкомолекулярного компонента: такая морфология со слабыми межсферолитными границами влечет преждевременное разрушение этих образцов

Введение в оригинальный полимер восстановленного деструктированного ПП может также понизить его стойкость к фотодеструкции из-за присутствия карбонильных и карбоксильных групп, которые, будучи особенно чувствительными к УФ-излучению, ускоряют деструкцию полимерных цепей [7]. Карбонильный и карбоксильный индексы указывали на то, что количество кислородсодержащих групп возрастает с увеличением концентрации восстановленного компонента, то есть с увеличением содержания карбонильных групп. В частности, даже после больших времен экспозиции ОПП имеет меньшее содержание фотоокисленного компонента, чем 50 % смесь ОПП/ВПП.