Хорошо, давайте подробно объясним принцип модификации эластомера для повышения его прочности.нетканые материалы спанбондЭто типичный пример достижения высокой производительности путём «максимизации сильных сторон и минимизации слабых сторон» с помощью композитных материалов.
Основные концепции: прочность и хрупкость
Для начала давайте разберёмся, что такое «вязкость». Вязкость — это способность материала поглощать энергию и подвергаться пластической деформации до разрушения под действием напряжения. Материал с высокой вязкостью одновременно прочен и упруг, и для его разрушения требуется значительная работа.
Хрупкие материалы (например, немодифицированный полипропилен): под действием внешней силы молекулярные цепи не успевают перестроиться, напряжение концентрируется в дефектах, что напрямую приводит к быстрому разрушению и низкому удлинению при разрыве.
Прочные материалы: под действием внешней силы они могут деформироваться и подвергаться пластической деформации, потребляя при этом большое количество энергии и, таким образом, противостоя разрушению.
Основная цель модификации эластомера — преобразование полукристаллических полимеров, таких как полипропилен, из хрупкого поведения при разрушении в пластичное поведение при разрушении.
Подробные принципы модификации эластомеров
Этот принцип можно понять как на микроскопическом, так и на макроскопическом уровне. Суть его заключается в том, что частицы эластомера действуют как точки концентрации напряжений и поглотители энергии.
1. Микроскопический механический механизм: индукция и прекращение образования трещин, повышение предела текучести при сдвиге
Это самый важный принцип. Когда ткань спанбонд подвергается воздействию внешних сил (например, разрыву или удару), внутри неё происходят следующие процессы:
а) Концентрация напряжений и возникновение трещин
Эластомеры (такие как EPDM, POE) обычно несовместимы или частично совместимы с полипропиленовой матрицей. Поэтому после смешивания они распределяются в виде мелких, дисперсных «островных» структур внутри непрерывной полипропиленовой «морской» фазы.
Поскольку модуль упругости эластомера значительно ниже, чем у полипропилена, при воздействии внешних сил на границе раздела двух фаз возникает большая концентрация напряжений.
Эти точки концентрации напряжений становятся точками зарождения трещин. Трещины – это не трещины, а микропористая структура из пучков волокон, перпендикулярных направлению напряжения, но при этом сохраняющих внутреннюю связь между полимерными волокнами. Образование трещин поглощает большое количество энергии.
б) Прекращение образования трещин и образование полос сдвига
Вторая ключевая роль эластомерных частиц заключается в предотвращении образования трещин. Когда трещина в процессе своего распространения сталкивается с гибкими эластомерными частицами, поле высоких напряжений на её вершине ослабевает, предотвращая развитие трещины в фатальные макроскопические трещины.
Одновременно концентрация напряжений также вызывает сдвиговую деформацию в полипропиленовой матрице. Это означает относительное проскальзывание и переориентацию молекулярных цепей полипропилена под действием сдвигового напряжения, образуя полосы сдвига; этот процесс также требует значительных энергетических затрат.
в) Синергетический механизм рассеивания энергии
В конечном итоге приложенная извне энергия рассеивается в основном следующими путями:
Образование многочисленных трещин: расход энергии.
Деформация и разрушение самих частиц эластомера: потребление энергии.
Сдвиговая текучесть матрицы: потребление энергии.
Нарушение межфазного сцепления: отслоение частиц эластомера от матрицы, потребление энергии.
Этот процесс существенно увеличивает работу, необходимую для разрушения материала, что макроскопически проявляется в существенном улучшении ударной вязкости и сопротивления разрыву, а также в существенном увеличении удлинения при разрыве.
2. Изменения фазовой структуры: влияние на поведение кристаллизации
Добавление эластомеров не только действует как физическая «добавка», но и влияет на микроструктуру полипропилена.
Очищение сферолитов: частицы эластомера могут действовать как гетерогенные центры нуклеации, нарушая регулярное расположение молекулярных цепей полипропилена и заставляя их кристаллизоваться в более мелкие и плотные структуры сферолитов.
Улучшение интерфейса: с помощью компатибилизаторов можно улучшить адгезию на границе раздела эластомера и полипропиленовой матрицы, обеспечив эффективную передачу напряжения от матрицы к частицам эластомера, тем самым более эффективно вызывая образование трещин и полос сдвига.
Специфические области применения в производстве нетканого материала спанбонд
Применение вышеизложенных принципов при производстве нетканых материалов спанбонд дает следующие эффекты:
Повышенная прочность отдельных волокон:
В процессе прядения расплав полипропилена, содержащий эластомеры, вытягивается в волокна. Модифицированные волокна становятся более прочными. Под действием внешней силы волокна менее склонны к хрупкому разрушению и способны претерпевать большую пластическую деформацию, поглощая больше энергии.
Укрепление и повышение жесткости структуры волоконной сети:
В процессе армирования горячей прокаткой волокна сплавляются в точке прокатки. Волокна с более высокой прочностью менее склонны к мгновенному разрыву в точке прокатки при воздействии сил разрыва.
Внешние силы могут быть более эффективно перераспределены по волоконной сети. Когда волокно подвергается значительному напряжению, оно может передавать его окружающим волокнам посредством деформации, предотвращая быстрое разрушение, вызванное концентрацией напряжений.
Шаг вперед в сопротивлении разрывам и проколам:
Сопротивление разрыву: Разрыв — это процесс распространения трещин. Частицы эластомера эффективно инициируют и ликвидируют многочисленные микротрещины, предотвращая их слияние в макроскопические трещины, что значительно замедляет процесс разрыва.
Стойкость к проколам: Прокол — это сложное сочетание удара и разрыва. Высокопрочные материалы могут подвергаться значительной деформации при прокалывании посторонним предметом, инкапсулируя прокалывающий предмет вместо того, чтобы быть пробитым напрямую.
Заключение
Резюме: Принцип модификации эластомера для повышения прочности нетканых материалов спанбонд по сути заключается в объединении жесткой, но хрупкой полипропиленовой матрицы с мягкой, высокоэластичной резиной, создавая эффективную систему рассеивания энергии внутри материала.
Вызывая образование трещин, запечатывая их и стимулируя сдвиговую деформацию посредством микроскопических механических механизмов, разрушающая энергия (удар, разрыв), приложенная извне, преобразуется в большое количество мельчайшей, неразрушающей работы деформации. Это на макроскопическом уровне повышает ударопрочность, сопротивление раздиру и относительное удлинение при разрыве материала, превращая нетканый материал спанбонд из «хрупкого» в «прочный». Это аналогично добавлению стальных прутков в цемент, что не только повышает прочность, но, что более важно, обеспечивает необходимую ударную вязкость.
Dongguan Liansheng Нетканые технологии Co., Ltd.Основано в мае 2020 года. Это крупное предприятие по производству нетканых материалов, объединяющее исследования и разработки, производство и продажи. Компания может производить полипропиленовые нетканые материалы спанбонд различных цветов шириной менее 3,2 метра плотностью от 9 до 300 граммов.
Время публикации: 16 ноября 2025 г.