Dobrze, wyjaśnijmy szczegółowo zasadę modyfikacji elastomerów w celu poprawy wytrzymałościtkaniny włókninowe typu spunbond. Jest to typowy przykład osiągania wysokiej wydajności poprzez „maksymalizację mocnych stron i minimalizację słabych stron” za pomocą materiałów kompozytowych.
Koncepcje podstawowe: Wytrzymałość kontra kruchość
Najpierw zrozummy pojęcie „wytrzymałości”. Wytrzymałość to zdolność materiału do pochłaniania energii i odkształcania się plastycznie, aż do pęknięcia pod wpływem naprężenia. Materiał o dobrej wytrzymałości jest jednocześnie wytrzymały i sprężysty, a pęknięcie wymaga znacznego nakładu pracy.
Materiały kruche (takie jak niemodyfikowany polipropylen): Pod wpływem siły zewnętrznej łańcuchy cząsteczkowe nie mają czasu na przegrupowanie się, naprężenia koncentrują się w miejscach uszkodzeń, co bezpośrednio prowadzi do szybkiego pękania i małego wydłużenia przy zerwaniu.
Wytrzymałe materiały: Pod wpływem siły zewnętrznej mogą ulec odkształceniu plastycznemu, pochłaniając w tym procesie dużą ilość energii, dzięki czemu są odporne na pęknięcia.
Głównym celem modyfikacji elastomerów jest przekształcenie polimerów półkrystalicznych, takich jak polipropylen, z kruchych na ciągliwe.
Szczegółowe zasady modyfikacji elastomerów
Zasadę działania można zrozumieć zarówno z poziomu mikroskopowego, jak i makroskopowego. Sedno tkwi w cząsteczkach elastomeru, które działają jako punkty koncentracji naprężeń i pochłaniacze energii.
1. Mikroskopowy mechanizm mechaniczny: indukcja i zakończenie spękań, zwiększenie wytrzymałości na ścinanie
To najważniejsza zasada. Gdy tkanina spunbond jest poddawana działaniu sił zewnętrznych (takich jak rozdarcie lub uderzenie), w jej wnętrzu zachodzą następujące procesy:
a) Koncentracja naprężeń i inicjacja spękań
Elastomery (takie jak EPDM, POE) są zazwyczaj niekompatybilne lub częściowo kompatybilne z matrycą polipropylenową. Dlatego po zmieszaniu tworzą one drobne, rozproszone struktury „wyspowe” w ciągłej fazie „morza” polipropylenu.
Ponieważ moduł sprężystości elastomeru jest znacznie niższy od modułu polipropylenu, w momencie działania sił zewnętrznych na styku dwóch faz dochodzi do dużej koncentracji naprężeń.
Te punkty koncentracji naprężeń stają się punktami inicjacji spękań. Spękanie nie jest pęknięciem, lecz mikroporowatą strukturą wiązek włókien prostopadłych do kierunku naprężeń, połączonych wewnętrznie włóknami polimerowymi. Powstawanie spękań pochłania dużą ilość energii.
b) Zakończenie spękań i powstanie pasma ścinania
Drugą kluczową rolą cząstek elastomerów jest zapobieganie powstawaniu spękań. Gdy spękania napotykają na swojej drodze elastyczne cząstki elastomerów, pole wysokich naprężeń na ich końcu ulega stępieniu, zapobiegając przekształceniu się spękań w groźne pęknięcia makroskopowe.
Jednocześnie koncentracja naprężeń wywołuje również odkształcenie ścinające w matrycy polipropylenowej. Odnosi się to do względnego poślizgu i reorientacji łańcuchów cząsteczkowych polipropylenu pod wpływem naprężenia ścinającego, tworząc pasma ścinania; proces ten również wymaga znacznego nakładu energii.
c) Mechanizm synergicznego rozpraszania energii
Ostatecznie energia przyłożona z zewnątrz rozprasza się głównie poprzez następujące ścieżki:
Powstawanie licznych spękań: zużycie energii.
Deformacja i pękanie samych cząstek elastomeru: zużycie energii.
Odkształcanie matrycy pod wpływem ścinania: zużycie energii.
Odrywanie się powierzchni międzyfazowych: oddzielanie się cząstek elastomeru od matrycy, zużycie energii.
Proces ten znacznie zwiększa pracę potrzebną do pęknięcia materiału, co makroskopowo objawia się znaczącą poprawą wytrzymałości na uderzenia i odporności na rozdarcie, a także istotnym wzrostem wydłużenia przy zerwaniu.
2. Zmiany struktury fazowej: wpływ na zachowanie krystalizacji
Dodatek elastomerów nie tylko działa jako fizyczny „dodatek”, ale także wpływa na mikrostrukturę polipropylenu.
Rafinacja sferolitów: Cząsteczki elastomerów mogą działać jako heterogeniczne miejsca nukleacji, zakłócając regularne ułożenie łańcuchów cząsteczkowych polipropylenu i powodując ich krystalizację w drobniejsze, gęstsze struktury sferolityczne.
Poprawa interfejsu: Dzięki zastosowaniu kompatybilizatorów można poprawić przyczepność międzyfazową elastomeru i matrycy polipropylenowej, co zapewnia efektywne przenoszenie naprężeń z matrycy na cząstki elastomeru, a tym samym skuteczniejsze wywoływanie pęknięć i pasm ścinania.
Specyficzne zastosowania w produkcji włóknin spunbond
Zastosowanie powyższych zasad do produkcji włóknin typu spunbond daje następujące efekty:
Zwiększona wytrzymałość poszczególnych włókien:
Podczas procesu przędzenia, stop polipropylenu zawierający elastomery jest rozciągany we włókna. Zmodyfikowane włókna stają się bardziej wytrzymałe. Pod wpływem siły zewnętrznej włókna są mniej podatne na kruche pękanie i mogą ulegać większym odkształceniom plastycznym, pochłaniając więcej energii.
Wzmocnienie i utwardzenie struktury sieci światłowodowej:
Podczas walcowania zbrojenia na gorąco włókna łączą się w miejscu walcowania. Włókna o lepszej wytrzymałości są mniej podatne na natychmiastowe pękanie w miejscu walcowania pod wpływem sił rozrywających.
Siły zewnętrzne mogą być redystrybuowane bardziej efektywnie w całej sieci światłowodowej. Gdy włókno jest poddawane znacznemu naprężeniu, może przenieść je na otaczające włókna poprzez odkształcenie, zapobiegając szybkiemu uszkodzeniu spowodowanemu koncentracją naprężeń.
Krok naprzód w zakresie odporności na rozdarcie i przebicie:
Odporność na rozdzieranie: Rozdzieranie to proces rozprzestrzeniania się pęknięć. Cząsteczki elastomeru skutecznie inicjują i likwidują liczne mikropęknięcia, zapobiegając ich łączeniu się w pęknięcia makroskopowe, co znacznie spowalnia proces rozdzierania.
Odporność na przebicie: Przebicie to złożona kombinacja uderzenia i rozdarcia. Materiały o wysokiej wytrzymałości mogą ulegać znacznemu odkształceniu i deformacji w wyniku przebicia przez ciało obce, otaczając przebijany przedmiot, zamiast zostać bezpośrednio przebitym.
Wniosek
Streszczenie: Zasada modyfikacji elastomerów w celu zwiększenia wytrzymałości włóknin typu spunbond polega w zasadzie na połączeniu sztywnej, ale kruchej matrycy polipropylenowej z miękką, wysoce elastyczną gumą, co pozwala na stworzenie wydajnego systemu rozpraszania energii wewnątrz materiału.
Indukując spękania, zamykając pęknięcia i promując ścinanie poprzez mikroskopijne mechanizmy mechaniczne, niszcząca energia (uderzenie, rozerwanie) przyłożona z zewnątrz jest przekształcana w dużą ilość drobnych, nieniszczących odkształceń. To makroskopowo poprawia odporność materiału na uderzenia, rozdarcie i wydłużenie przy zerwaniu, przekształcając włókninę typu spunbond z „kruchej” w „wytrzymałą”. Jest to podobne do dodawania stalowych prętów do cementu, co nie tylko zwiększa wytrzymałość, ale, co ważniejsze, zapewnia kluczową wytrzymałość.
Dongguan Liansheng Non tkane Technology Co., Ltd.Firma została założona w maju 2020 roku. Jest to przedsiębiorstwo zajmujące się produkcją włóknin na dużą skalę, integrujące badania i rozwój, produkcję oraz sprzedaż. Może produkować włókniny PP typu spunbond w różnych kolorach o szerokości poniżej 3,2 metra i gramaturze od 9 do 300 gramów.
Czas publikacji: 16-11-2025