Структура гетерогенных смесей полимеров

Все двухфазные смеси полимеров по коллоидной структуре можно разделить на два типа: обычные дисперсии (или эмульсии) и смеси с двумя непрерывными фазами (матричная структура) (рис. 5.2).

 

 

 

а б

 

Рис. 5.2 Типы фазовой структуры двухфазных смесей полимеров. Обычная дисперсия (а), структура с двумя непрерывными фазами (б).

 

Обычные дисперсии характеризуются тем, что один из полимеров образует дисперсионную среду, а второй полимер является дисперсной фазой (рис. 5.2 а). Матричная структура характеризуется тем, что обе фазы смеси являются непрерывными и «взаимопереплетенными» (рис. 5.2 б). Непрерывность обеих фаз характерна только для высокомолекулярных эмульсий и обусловлена их большой вязкостью.

Тип коллоидной структуры смеси в основном определяется соотношением концентраций и вязкостей компонентов. Обычная дисперсия имеет место в области преобладающего содержания одного из компонентов (рис. 5.3). Бóльшую вероятность образовать непрерывную фазу имеет менее вязкий полимер. Поэтому концентрационная область непрерывности обеих фаз смещена в сторону преобладающих концентраций более вязкого полимера (рис. 5.3).

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.3 Зависимость коллоидной структуры смеси полимеров от соотношения концентраций и вязкостей компонентов.

 

В области близких концентраций обоих компонентов наблюдается матричная структура смеси. Для полимерных систем существование матричной структуры возможно в довольно широком интервале соотношения компонентов от 3: 7 до 7: 3, а иногда и в более широком диапазоне.

Концентрации и соответствуют обращению фаз 2 и 1. Переход фазы из дискретной в непрерывную не означает, что вся она образует единый непрерывный объем очень сложной конфигурации. В области обращения наряду с возникшим непрерывным кластером фазы сохраняется еще и большое количество ее дискретных частиц. С дальнейшим увеличением концентрации этого компонента число дискретных частиц в составе фазы уменьшается.

Высокая вязкость полимеров приводит к тому, что равновесная (сферическая) форма частиц дисперсной фазы не возникает даже при очень длительной выдержке смеси в вязкотекучем состоянии. Равновесная форма частиц тем более не может быть получена, если один или оба компонента сразу после смешения или формования из смеси изделия перевели в твердое состояние. Это обуславливает большое разнообразие форм частиц дисперсной фазы. При формовании из расплава смеси изделий в поле действия сдвиговой деформации (экструзия, каландрование) возникает анизотропия структуры смеси. Например, при продавливании гетерогенной смеси полимеров через фильеру с быстрым охлаждением образуется структура, в которых дисперсная фаза имеет форму тонких и очень длинных нитей. При выдержке такой смеси в вязкотекучем состоянии в статических условиях ее структура релаксирует и приобретает характер, близкий к изотропному.