Винил ацетат–этлен холимогчдийн бүтээдүүрхүүн хүйтэн агаарын нөхцөлд хэрхэн төвөгтүшүүн үзүүрлэд

Винил ацетат–этлен холимогчдийн хүйтэн агаарын нөхцөлд төвөгтүшүүн үзүүрлэдийн тухайд ойлголт

Полимеруудын бүхэлдүүр хүйтэн агаарын нөхцөлд ахисаар үүсч буй дургүй үзэгдэл—зүгтэрхийнхүүр бүтэц үүсэх нь газрын төлөв бүтэц (Tg) илүү бүтэцтүүр хүйтэн нөхцөлд хадгалж буюу ажиллуулж буй материалуудын сургууль, хүчтүүр чанарыг муудуулж буй физик, химийн өөрчлөлтүүдийн цуврал. Стандарт полиэтиленд урт хугацааны хүйтэн нөхцөлд аморф фазын доторх хоёрдогч кристаллизацийн үүсэлт үүсдэг, үүн дагуу термодинамик тэнцвэр, нягтжилт, чөлөөн эзлэхүүний алдагдал зүгтэрхийнхүүр бүтэц үүсгэдэг. Винил ацетат–этилен (VAE) кополимерууд нь түүн дээрх замын үүсэлтийг үндэснээс саардуулдэг. Этилен хүндсийн дагуу винил ацетатын нэгдлийн санамсүрхийн орлуулалт нь цепь-н регуляр бүтцийг саардуулдэг, кристаллизацийн шаардлагыг хангахын тулд шаардлагатай цепь-н дарааллыг саардуулдэг. Түүн дагуу аморф фазын тогтвортой бүтэц нь хүйтэн температурт урт хугацааны ахисаар үүсч буй үзэгдлүүдийн дараа ч сургууль, хүчтүүр чанарыг хадгалдэг—үүн дагуу тогтвортой бүтэц нь молекулар бүтцийн шууд үр дүн, нэмэлт нэмэлтүүдийн үр дүн биш.

Шиллүүн шилжилт ба нугалмур чанар: Винил ацетатын агууламж Тг-ийг хэрхэн бууруулдаг

Винил ацетат этилений кристаллический бүтцэд яаж саад тавьдаг, сул зайг нэмэгдүүлдаг

Шиллүүн шилжилтийн температур (Тг) — полимерийн хатуу, шиллүүн төлөвөөс нугалмур, резин мэт төлөврүү шилжих хязгаарыг тодорхойлдог; энэ шилжилт нь хүйтэн уурхай дахь ажиллах чадварын хувьд шийдвэрлэх ач хойртой. Цэвэр полиэтилен урт, зөв цуваа бүтцүүдийн улмаас төвдөн тун нягт кристаллический дүүрсүүд үүсгэдог, үүн дагаж цуваа хэсгүүдийн хөдөлгөөнд зориулан үлдэх сул зай маш бага байдог. Винил ацетатын холбооны нэгжүүдийн оруулалт нь түүн дээрх зөв бүтцүүдийг тархимуйд газардуулдог: их хэмжээт ацетатын талын бүлүүрүүд стерик саад үүсгэдог, этилений цуваа хэсгүүдийн нягт кристаллический бүтцүүд үүсгэхүүн саад тавьдог. Энэ төрлийн саад цуваа хэсгүүдийн хооронд үлдэх сул зайг нэмэгдүүлдог — сул зай, үүн дагаж цуваа хэсгүүдийн хамтын хөдөлгөөнийг бага дулаан энергид хангах боломжтой болгодог. Үр дүнд Тг доош шилжидог, гадаад пластификатор ашиглах шаардлага гарахгүй, ийнхүү урт хугацаанд миграци юм унах аюул үүсгүй.

DMA ба DSC-ийн үзүүлэлт: Tg-ийн бууралд –25 °C (LDPE) –с –15 °C––5 °C хүртэл 18–28 wt% винил ацетат–этлен кополимерт

Динамик механик шинжилгээ (DMA) ба дифференциал сканнировочное калориметри (DSC) нь түүнхү Tg-ийн бууралдыг нягт, тоон хэмжээт баталгаажуулж. Харин бага нягттай полиэтлен (LDPE) –25 °C орчим Tg-тэй бөлгөөн, 18–28 wt% винил ацетат агуулж буй VAE кополимерт Tg системтүүр, найрсаг хамааралд үндэслэн буурж — 18 wt%-т приближит –15 °C, 28 wt%-т доош –5 °C хүртэл. DSC-ийн муруйн шугамд үзүүлэлтүүр үлдэш, бүрхүүрт бүрхүүрт шилжилтүүр илтгэж, түүнхү кристаллический бүтцийн бууралд ба аморф фазын ихэр нэгэнтүүрт бүтцийн үлдэш илтгэж. Түүнхү шилжилт нь шууд функциональ нөлөө үзүүлж: материал LDPE-т хүйтэнд хатуу, гадаад хүчний үйлчлэлд хугацаа хүртэл сүүдлүүр бөлгөөн, түүнхү Tg-т дээш температурт хүртэл сүүдлүүр бөлгөөн, түүнхү нугалааны чадвар ба хүчдүүрт чадварыг хадгалж. Корреляци доорх хүснэгтт үзүүлж.

Микроструктурин тогтвортой байдал: Кристаллизацийн дархлал нь хүйтэн нөхцөлд хумсны шулуун байдалыг хангаж өгдөг

Винил ацетатын нэгжүүд этиленын дарааллын уртыг хориглодог, 0 °C-аас доош ламелляр бүтцүүдийн үүсэлд саад тавьж өгдөг

VAE холимог полимерүүдийн хүйтэнд төдийлүүн чадвар нь полиэтиленын кристаллический хандлагыг үндеснээс нь зогсоож өгдөг. Шулуун этиленын гуйлзуур цэдүүд нь нягт, дараалмуйн ламелляр бүтцүүдийн хөврүүд болойн үүсдэг — хүйтэнд хумсны хугарч төдийлүүн чадварын үндэснээс нь. Гэт, винил ацетатын нэгжүүд бүтцийн тогтвортой гэмтлийн үүрэг гүйцэтгэдөг: түүдний том ацетатын талангууд этиленын дарааллын уртыг хориглодог — кристалл нуклеацийн тогтвортой үүсэлд шаардагддаг этилен мономерүүдийн тасралтгүй дараалал. Температур энергия 0 °C-аас доош падах үед, түүн дараа гуйлзуур цэдүүд нь хүчтэй хурдхаг бүтцүүдийн ба ламелляр бүтцүүдийн үүсэлд саад тавьж өгдөг. Түүн дараа чөлөөн эзлэхүүн тогтвортой өндөр түвшинд үлддэг, сегментийн хөдөлмүүр чадвар хадгалдаг — хумсны шулуун байдалыг хангаж өгдөг, харин хатуу, хугарч төдийлүүн чадварыг хангаж өгдөг кристаллический бүтцүүдийн үүсэлд зөвшөөрөл өгдөггүй.

WAXD ба SAXS өгөдлүүд: –20 °C/500 цаг хадгалж байх үед кристаллин чанар бүүр бүүр буур (15–25%) ба кристаллитууд жижиг, дэс дараалалгүй

Дунд зөрүүн рентген сугарын дифракц (WAXD) ба Бага зөрүүн рентген сугарын сарнил (SAXS) нь тогтвортой хүйтэн ачаалал доорх микро бүтцүүдийн тогтвортой байдалыг баталдаг. –20 °C температурт 500 цаг хадгалж байх үед түүнд 22 жин. % винил ацетат агуулж байгаа түүрхүүдийн нийт кристаллин чанар 45–55%-иас LDPE-д ижил нөхцөлд зөвхөн 15–25%-иас доош буур. SAXS шинжилгээ нь морфологийн ялгааг илүү нарийн тодруулдаг: кристаллитууд жижиг, нарийн ба дэс дараалалгүй бөөрсөг, урт үеийн зай нь тархмуйн бөөрсөг — үүнээс хоёрдугаар зэрэглийн кристаллизацийн зогсож байгаа нь харагддаг. Полиэтиленд удаан пластинка өсөлт нь хатуурахыг үүсгэдэг бол, VAE нь хязгаарлагүй гүйдэл замаар энергийн диссипаця (хассан хүчний диссипаця) хийх нь хатуу тааралдаж бүүр бүүр гэмтэхтүүн бүтцүүдийн оронд нанобүтцүүдийн тогтвортой байдалыг хадгалдаг. Энэ бүтцүүдийн тогтвортой байдал нь DIN 53377 стандартын дагуу хумсны материалуудын шинжилгээний индустрийн стандарт механик шинжилгээний протоколуудын дагуу баталдаг.

Механик хүчирхэл бүрхүүлийн төвхөн бүтэц: Бат бүтэц ба трещин төвхөн бүтэц

Нотч Ицодын нөлөөний хүч чадал (−30 °C-д >85%) LDPE-ийнхэнд (<40%)

Нөлөөний төвхөн бүтэц нь хамгийн үр дүнтэй үзүүрлэлт нь бүрхүүлийн доод температурт ажиллах чадвар юм. −30 °C-д стандарт LDPE нь өрөөн температурт хэмжсэн Нотч Ицодын нөлөөний хүч чадлын 40%-аас бага хувьд хадгалдаг — үүнээс үүдэн бүрхүүл хөөрхий, суулгах үед эсвэл температур циклд орж бүрхүүл хэт хатуу, ганц удаа хугарч шүүрхийн хоосонд орж, аюулд үлддэг. Харин сонгож хүчирхэл бүрхүүлийн VAE кополимерууд нь ижил температурт анхны нөлөөний хүч чадлын 85%-аас илүү хувьд хадгалдаг. Энэ том ялгаа нь шууд холбоотой хадгалдаг чөлөөт эзлэхүүн ба дарангуйлж бүрхүүлийн кристалл бүтцийн бүрхүүлд зүүдлүүр хөдөлгөөн ба энергийн шингээлт хадгалдаг. Инженерүүд Арктиканы далайн герметик, хөврүүлсэн хөдөө аж ахуйн гуурцаг зэрэг хүйтэн бүснүүрт бүрхүүлийн төслийн үед түүний хадгалдаг чадвар нь тогтвортой, аварга хугаралд үлддэг деформацийн хүртэл хүрдэг.

22 ж. %–с илүү винил ацетатын агууламж ба –25 °C-д LDPE-тэй харьцуулан товчлогдсон сунгалтын энергийн 40 %-иин өсөлт хоорондын холбоо

Ажиллах хязгаарууд нь хэмжих болоймуйн хамт үйлдэх болоймуйн чигт бүрдүүлдүүр. Винил ацетатын агууламж 22 ж. %–с илүү буюу түүнтэй тэнцүү болж, VAE кополимерууд –25 °C-д LDPE-тэй харьцуулан товчлогдсон сунгалтын энергийн утгыг тогтмол 40 %-иин өсөлтөөр хангаж. Энэ нь постепен өсөлт биш—это нь резин шиг энергийн шингэлэх чадвар доминант болж бүрдүүр композициональ нугалмын цэг. Механизмын хувьд ацетатын бүлкүүд молекуляр зайгүүрүүд бөлгөөр, густаа цагаан цахилгааныг саархуулж, сунгалт доор пластик деформацийн чадварыг хадгалж. Тусгаарлан лабораториян үнэлэлтүүд (2023) энэ давуу талын динамик хүйтэн үйлдлийн нөхцөлд трещин зогсоох үйлдлийн дээрх чанарын шууд холбоог баталж, орчинд нь нуршмуйн холбогчид ба даралтанд дарагдаж, давтамжаар дулааны ба механик хүчний нөхцөлд үйлдлүүд.

Түүн дээр асуух

Полимеруудад хүйтэн үеийн агаарын үйлдлийн үед ямар өөрчлөлтүүд үүсдүүр?

Дулааны бага температурт ахисан нарийн төвөгтэй бүтэц нь полимерийн физик ба химийн өөрчлөлтийг үүсгэдэг, үүн дотор нь сургуульд хадгалж буюу ашиглаж буй үед шилжин үүсэх температур (Tg) – с доорх температурт уянхай байдал ба хүчдлүүрт төвөгтэй бүтэц бүүр бүүр сулардаг.

Винил ацетатын агууламж шилжин үүсэх температур (Tg) – д яаж нөлөөлдөг?

Винил ацетат нь этилен кополимерийн Tg-ийг бууруулдаг, үүн дотор полиэтилен кристаллический бүтцийг саадтай болгодог, чөлөөт дундаж хэмжээг ихэсгөдөг ба сегментийн хөдөлгөөнийг бага температурт ч хадгалж үлдээдөг.

Хүйтэн нөхцөлд уянхай байдлыг хадгалахад винил ацетат ямар үүрэг гүйцэтгэдэг?

Винил ацетатын нэгжүүд этилен цахилгааны бүтцэд бүтэц дисордер үүсгэдэг, ламелляр бүтцүүдийн үүсэлд саад тавигдаг, чөлөөт дундаж хэмжээ хадгалж үлдээдөг, үүн дотор 0 °C-с доорх температурт ч уянхай байдлыг хадгалж үлдээдөг.

VAE кополимерүүд LDPE-тэй харьцуулж хүйтэн температурт хүчдлүүрт төвөгтэй бүтцүүдийн хувьд яаж харьцадаг?

–30 °C-д VAE кополимерүүд Notched Izod хүчдлүүрт төвөгтэй бүтцүүдийн хүчдлүүрт төвөгтэй бүтцүүдийн 85% илүү хадгалж үлдээдөг, LDPE-т 40%-с бага хадгалж үлдээдөг, үүн дотор хүйтэн орчинд илүү түрүүн байдлыг хадгалж үлдээдөг.

Яагаад VAE холимог полимерт винил ацетатын агууламж ≥22 wt% бүрдүүлэх нь чухал вэ?

Винил ацетатын агууламж 22 wt%-ийн түвшинд хүрснээс үүдэн VAE холимог полимерт хүйтэн нөхцөлд энергийн шингээлт ба цацрагт төрүүлсэн дурангүйдүүлэлтийн чанар сайжирдаг.