Makroskopická struktura polymerních směsí a kompozitů

3.1.2.5 Makroskopická struktura polymerních směsí a kompozitů

Ing. Miloš Sova, CSc.

Pro kompozity a polymerní směsi nabývá na významu makroskopická čili fázová struktura. U kompozitů nazýváme matricí neboli pojivem základní souvislý polymer, kdežto druhou menšinovou fázi tvoří plnivo, výztuž. U polymerních směsí, nazývaných blendy nebo polymerní slitiny, se do matrice přidává další polymer s modifikujícími vlastnostmi.

Termoplastické polymerní kompozity se téměř výlučně připravují směšováním v tavenině. Anglický termín compounding se stal základem rozšířeného termínu pro tento pochod - kompaundování. Vychází se z původních složek - granulátu či prášku základního polymeru, do něhož se v roztaveném stavu přidá v hnětiči nebo extruderu práškovité minerální plnivo či krátká sekaná vlákna. Homogenizace, která je podstatou tohoto procesu, spočívá ve dvou úkonech: (1) rozdružení aglomerátů práškových částic nebo svazků monofibril vláknitých výztuží a (2) rovnoměrné rozptýlení takto rozdružených elementů v objemu polymerní matrice. Toho se dosahuje působením značných smykových sil. Tím se však vyztužující vlákna rozlamují na kratší úseky s nižším vyztužujícím účinkem. Bylo například zjištěno, že délky vláken v kompozitu nepřesáhnou 10 až 20 % své vstupní délky, která je obvykle 4 až 6 mm. Při následném zpracování kompozitů, např. vstřikováním, dochází k dalšímu zkracování délek vláken, zhruba na 5 až 15 % počáteční délky. Náročnější a promyšlenější kompozity se připravují impregnací textilní výztuže ať už reaktoplasty nebo termoplasty.

Popel pyrolyzovaného hybridního kompozitu v mikroskopu:

Světlá jsou skleněná vlákna, tmavá vlákna z uhlíku. Skutečné délky vláken jsou několik desetin milimetru.

Polypropylénová matrice hybridního vrstveného kompozitu po spálení:

Po spálení polypropylénové matrice hybridního vrstveného kompozitu se jasně oddělí tři odlišné vrstvy rouna ze skleněných vláken. Tento kompozit lze snadno tepelně tvarovat.

Jako morfologie polymerních kompozitů je označován zejména stav mikroheterogenního kompozitního systému. Hodnotí se stupeň a kvalita dispergace plniva v matrici. Důležitá je znalost velikosti částic minerálního plniva či délek vyztužujících vláken a jejich distribuce. V reálných výrobcích připravovaných vstřikováním či vytlačováním k tomu přistupuje ještě hodnocení přednostní orientace vláknové výztuže. Významná je i mezifázová soudržnost, která charakterizuje možnost matrice přenášet účinně zatížení na vyztužující vlákna.

Mikroheterogenní struktura kompozitu polypropylénu vyztuženého skleněnými vlákny:

Snímek z rastrovacího elektronového mikroskopu.

Polymerní směsi jsou dnes připravovány dvěma cestami, chemickou a kompaundační. Chemická cesta spočívá v přípravě mikroheterogenního systému chemickými reakcemi. Jedná se o výrobu blokových nebo roubovaných kopolymerů, zejména houževnatého polystyrénu, terpolymeru akrylonitril-butadién-styrén (ABS) nebo termoplastických elastomerů, například SBS. Kompaundační cesta, podobně jako u kompozitů, spočívá ve směšování různých polymerů v roztaveném stavu v hnětiči či extruderu.

S ohledem na praktické využití získaly uplatnění směsi z polymerů nemísitelných. Ukázalo se totiž, že…