Okay, lassen Sie uns das Prinzip der Elastomermodifizierung zur Verbesserung der Zähigkeit im Detail erläutern.SpinnvliesstoffeDies ist ein typisches Beispiel dafür, wie durch den Einsatz von Materialverbunden eine hohe Leistungsfähigkeit erreicht werden kann, indem Stärken maximiert und Schwächen minimiert werden.
Kernkonzepte: Zähigkeit vs. Sprödigkeit
Zunächst einmal zum Begriff „Zähigkeit“. Zähigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, Energie aufzunehmen und sich plastisch zu verformen, bis es unter Belastung bricht. Ein Material mit guter Zähigkeit ist sowohl fest als auch widerstandsfähig und benötigt einen erheblichen Kraftaufwand, um zu brechen.
Spröde Werkstoffe (wie z. B. unmodifiziertes Polypropylen): Unter äußerer Krafteinwirkung haben die Molekülketten keine Zeit, sich neu anzuordnen, die Spannung konzentriert sich an Defekten, was direkt zu einem schnellen Bruch und einer geringen Bruchdehnung führt.
Zähe Werkstoffe: Unter äußerer Krafteinwirkung können sie nachgeben und eine plastische Verformung erfahren, wobei sie eine große Menge Energie verbrauchen und somit einem Bruch widerstehen.
Das Hauptziel der Elastomermodifizierung ist die Umwandlung von teilkristallinen Polymeren wie Polypropylen von einem spröden zu einem duktilen Bruchverhalten.
Detaillierte Prinzipien der Elastomermodifizierung
Das Prinzip lässt sich sowohl auf mikroskopischer als auch auf makroskopischer Ebene verstehen. Der Kern liegt in den Elastomerpartikeln, die als Spannungskonzentrationspunkte und Energieabsorber fungieren.
1. Mikroskopischer mechanischer Mechanismus: Induktion und Beendigung von Rissbildung, Förderung der Scherverformung
Dies ist das wichtigste Prinzip. Wenn Spinnvliesstoff äußeren Kräften (wie Reißen oder Stößen) ausgesetzt wird, laufen im Inneren folgende Prozesse ab:
a) Spannungskonzentration und Rissbildung
Elastomere (wie EPDM, POE) sind typischerweise inkompatibel oder nur teilweise mit der Polypropylenmatrix kompatibel. Daher verteilen sie sich nach dem Mischen als winzige, dispergierte „Inselstrukturen“ innerhalb einer kontinuierlichen Polypropylen-„Meer“-Phase.
Da der Elastizitätsmodul des Elastomers viel niedriger ist als der von Polypropylen, kommt es bei Einwirkung äußerer Kräfte zu einer großen Spannungskonzentration an der Grenzfläche zwischen den beiden Phasen.
Diese Spannungskonzentrationspunkte bilden die Ausgangspunkte für die Rissbildung. Rissbildung ist kein Riss im eigentlichen Sinne, sondern eine mikroporöse Faserbündelstruktur senkrecht zur Spannungsrichtung, die intern noch durch Polymerfasern verbunden ist. Die Entstehung von Rissbildung absorbiert eine große Menge an Energie.
b) Beendigung der Rissbildung und Bildung von Scherzonen
Die zweite wichtige Rolle der Elastomerpartikel besteht darin, die Rissbildung zu stoppen. Wenn ein Riss während seiner Ausbreitung auf flexible Elastomerpartikel trifft, wird das hohe Spannungsfeld an seiner Spitze abgemildert, wodurch verhindert wird, dass sich der Riss zu einem fatalen makroskopischen Riss entwickelt.
Gleichzeitig führt die Spannungskonzentration auch zu Scherverformung in der Polypropylenmatrix. Dies bezeichnet das relative Gleiten und die Neuausrichtung der Polypropylen-Molekülketten unter Scherspannung, wodurch Scherbänder entstehen; dieser Prozess erfordert ebenfalls eine erhebliche Menge an Energie.
c) Synergistischer Energiedissipationsmechanismus
Letztendlich wird die von außen zugeführte Energie hauptsächlich über die folgenden Wege abgeführt:
Bildung zahlreicher Risse: Energieverbrauch.
Verformung und Bruch der Elastomerpartikel selbst: Energieverbrauch.
Scherverformung der Matrix: Energieverbrauch.
Grenzflächenablösung: Ablösung der Elastomerpartikel von der Matrix, Energieverbrauch.
Dieser Prozess erhöht die für den Materialbruch erforderliche Arbeit erheblich, was sich makroskopisch in einer signifikanten Verbesserung der Schlagfestigkeit und Reißfestigkeit äußert, während gleichzeitig die Bruchdehnung deutlich zunimmt.
2. Phasenstrukturänderungen: Einfluss auf das Kristallisationsverhalten
Die Zugabe von Elastomeren wirkt nicht nur als physikalischer „Zusatzstoff“, sondern beeinflusst auch die Mikrostruktur des Polypropylens.
Verfeinerung von Sphärolithen: Elastomerpartikel können als heterogene Keimbildungsstellen wirken, die die regelmäßige Anordnung der Polypropylen-Molekülketten stören und dazu führen, dass diese zu feineren, dichteren Sphärolithstrukturen kristallisieren.
Verbesserung der Grenzfläche: Durch den Einsatz von Kompatibilisatoren kann die Grenzflächenhaftung zwischen dem Elastomer und der Polypropylenmatrix verbessert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass Spannungen effektiv von der Matrix auf die Elastomerpartikel übertragen werden können, wodurch Risse und Scherbänder effektiver induziert werden.
Spezielle Anwendungen in der Spinnvliesstoffproduktion
Die Anwendung der oben genannten Prinzipien auf die Herstellung von Spinnvliesstoffen hat folgende Auswirkungen:
Erhöhte Zähigkeit der einzelnen Fasern:
Beim Spinnprozess wird die Polypropylenschmelze mit Elastomeren zu Fasern verstreckt. Die modifizierten Fasern werden dadurch zäher. Unter äußerer Krafteinwirkung neigen sie weniger zu Sprödbrüchen, können sich stärker plastisch verformen und absorbieren mehr Energie.
Verstärkung und Härteverbesserung der Fasernetzwerkstruktur:
Beim Warmwalzen von Verstärkungsfasern verschmelzen die Fasern an der Walzstelle. Fasern mit höherer Zähigkeit brechen unter Zugbelastung weniger leicht an der Walzstelle.
Äußere Kräfte können im Fasernetzwerk effektiver verteilt werden. Wird eine Faser einer hohen Belastung ausgesetzt, kann sie diese durch Verformung auf benachbarte Fasern übertragen und so ein schnelles Versagen durch Spannungskonzentration verhindern.
Ein Quantensprung in Sachen Reiß- und Durchstoßfestigkeit:
Reißfestigkeit: Reißen ist der Prozess der Rissausbreitung. Elastomerpartikel initiieren und beenden effektiv zahlreiche Mikrorisse und verhindern so deren Zusammenwachsen zu makroskopischen Rissen, wodurch der Reißprozess erheblich verlangsamt wird.
Durchstoßfestigkeit: Durchstoßen ist eine komplexe Kombination aus Stoß und Reißen. Hochfeste Materialien können beim Eindringen eines Fremdkörpers eine starke Verformung erfahren, wobei der Fremdkörper umschlossen wird, anstatt direkt durchstochen zu werden.
Abschluss
Zusammenfassung: Das Prinzip der Elastomermodifizierung zur Verbesserung der Zähigkeit von Spinnvliesstoffen besteht im Wesentlichen darin, eine starre, aber spröde Polypropylenmatrix mit einem weichen, hochelastischen Gummi zu kombinieren und so ein effizientes Energiedissipationssystem innerhalb des Materials zu schaffen.
Durch die Erzeugung von Haarrissen, die Beendigung von Rissen und die Förderung von Scherverformung mittels mikroskopischer mechanischer Mechanismen wird die von außen zugeführte zerstörerische Energie (Schlag, Reißen) in eine große Menge winziger, zerstörungsfreier Verformungsarbeit umgewandelt. Dies verbessert makroskopisch die Schlagfestigkeit, Reißfestigkeit und Bruchdehnung des Materials und wandelt Spinnvliesstoffe von „zerbrechlich“ in „zäh“ um. Dies ist vergleichbar mit der Zugabe von Stahlstäben zu Zement, wodurch nicht nur die Festigkeit erhöht, sondern vor allem die entscheidende Zähigkeit erzielt wird.
Dongguan Liansheng Vliesstofftechnologie Co., Ltd.Das Unternehmen wurde im Mai 2020 gegründet. Es handelt sich um einen Großbetrieb für die Herstellung von Vliesstoffen, der Forschung und Entwicklung, Produktion und Vertrieb integriert. Es kann PP-Spinnvliesstoffe in verschiedenen Farben mit einer Breite von weniger als 3,2 Metern und einem Gewicht von 9 bis 300 Gramm herstellen.
Veröffentlichungsdatum: 16. November 2025