PMI ko'pikidagi ko'pikli yoriqlar mexanizmlari va-ko'piklanishdan oldingi jarayonni optimallashtirish
Polimetakrilimid (PMI) ko'pik ko'piklanish jarayonida ko'pincha yorilish ko'rsatadi. "Polimerni oldindan yumshatish va oqartirish - sovutish - qayta-ko'piklash" jarayonini qo'llash bu yorilishni sezilarli darajada inhibe qilishi mumkin. Ushbu maqola ushbu ikki hodisaning asosiy mexanizmlarini reaktsiya tamoyillari va jarayonni boshqarish nuqtai nazaridan tizimli ravishda tushuntiradi.
I. PMI ko'pikli ko'piklanish jarayonida yorilish mexanizmlari
PMI ko'pikini ko'piklash va quritish jismoniy ko'pikni kimyoviy o'zaro bog'lash bilan bog'laydigan murakkab jarayondir. Yoriqning mohiyati shundaki, ko'pik tanasi ichidagi ichki kuchlanish (birinchi navbatda termal stress va qattiqlashuv stressi) bu haroratda ko'pik matritsasining mustahkamlik chegarasidan oshib ketadi. Muayyan sababchi omillarni quyidagi to'rt turga bo'lish mumkin:
1. Puflovchi agentning bug'lanishi va polimerizatsiya reaktsiyasi o'rtasidagi kinetik nomutanosiblik
PMI ko'pikini tayyorlash odatda ikkita asosiy bosqichga bo'linadi: polimerni tayyorlashdan oldingi-va ko'piklash/qoralash. Birinchi bosqich metakril kislotasi (MAA), (met)akrilonitril (MAN/AN) kabi monomerlarni formamid yoki karbonatlar kabi puflovchi moddalar bilan kopolimerlashdan iborat bo'lib, ko'pikli pre{2}}polimer hosil qiladi. Ikkinchi bosqich ikki asosiy jarayonni o'z ichiga olgan isitish orqali bir vaqtning o'zida ko'pik hosil qiladi va qattiqlashadi:
Jismoniy ko'piklanish jarayoni:Puflovchi vosita qizdirilganda bug'lanadi va polimer ichidagi pufak yadrolarini hosil qiladi-ular doimiy ravishda kengayib, asosiy ko'pik tuzilishini yaratadi.
Kimyoviy tozalash jarayoni:Oldindan polimerdagi qoldiq toʻyinmagan qoʻsh bogʻlanishlar oʻzaro bogʻlangan polimerlanishdan oʻtadi, shu bilan birga imidizatsiya siklizatsiya reaksiyasi kuchayib, molekulyar zanjirning qattiqligini oshiradi va koʻpik tanasining qattiqlashishini yakunlaydi.
Ushbu ikki jarayon o'rtasidagi kinetik moslashuv muvaffaqiyatli ko'pik hosil bo'lishi uchun juda muhimdir. Agar puflovchi vositaning bug'lanishi natijasida bosim hosil bo'lish tezligi polimer matritsasidagi mustahkamlik rivojlanish tezligidan sezilarli darajada oshib ketgan bo'lsa, hujayra devorlari ichki bosimga bardosh bera olmasligi sababli yorilib, makroskopik ravishda ko'pikning yorilishi sifatida namoyon bo'ladi. Kinetik nomutanosiblik tufayli yuzaga kelgan ushbu strukturaviy buzilish yuqori kuchlanish yuklanish tezligida mo'rt materiallarning sinish harakati bilan o'xshashdir.
2. Harorat gradientlari ta'sirida yuzaga keladigan termal stress konsentratsiyasi
Haddan tashqari tez isitish tezligi yoki ko'pikli pechda haroratning notekis taqsimlanishi ko'pik tanasi ichida sezilarli harorat gradyanlarini yaratishi mumkin. Yuqori haroratli muhit ta'siriga-birinchi bo'lgan sirt qatlami bir vaqtning o'zida ko'piklanish va qotib qolish reaktsiyalarini boshlaydi va qattiq qobiq hosil qiladi. Bundan farqli o'laroq, yadro, issiqlik o'tkazuvchanligining kechikishi tufayli, sekinroq qiziydi va uning ko'piklanish jarayoni sirtdan sezilarli darajada orqada qoladi. Yadrodagi puflovchi vosita kengayish kuchini yaratib, kuchli bug'lana boshlaganda,-qoralangan sirt qatlami yetarlicha deformatsiya maydonini ta'minlay olmaydi. Bu ko'pik tanasi ichida o'zgaruvchan kuchlanish va bosimli termal stresslarga olib keladi. Ushbu kuchlanish ko'pikning sinish kuchidan oshib ketganda,-qal'iylik bo'ylab yoriqlar stress kontsentratsiyasi joylari bo'ylab, odatda yadro va sirt qatlami orasidagi interfeysda hosil bo'ladi.
3. Qattiqlashuv tezligi farqlari tufayli ichki stress superpozitsiyasi
Imidizatsiya reaktsiyasi, PMI ko'pikini davolashning asosiy reaktsiyasi, asosan, molekulyar zanjirlar orasidagi suvsizlanish siklizatsiya jarayonidir. Ushbu reaksiya polimer zanjirining qattiqligini va shisha o'tish haroratini (Tg) sezilarli darajada oshirib, suv molekulalarini chiqaradi. Agar ko'pik tanasi ichidagi harorat taqsimoti notekis bo'lsa, bu imidizatsiya reaktsiyasi tezligida gradient farqlariga olib keladi: sirt to'liqroq reaksiyaga kirishadi, o'zaro bog'lanish zichligi, moduli va qisqarishi yuqori; yadro sekinroq reaksiyaga kirishadi, oʻzaro bogʻlanish zichligi, moduli va qisqarishi past boʻladi. Sog'ayish darajasidagi bu nomutanosiblik ko'pik tanasida qattiqlashuvchi stressni keltirib chiqaradi, bu esa termal stress bilan qoplanadi va yorilish xavfini yanada oshiradi.
4. Hujayra strukturasi nuqsonlarining stress kuchaytiruvchi ta'siri
Polimerni tayyorlashdan oldingi bosqichda puflovchi vositaning notekis erishi, yadrolanish joylarining etarli emasligi yoki notekis taqsimlanishi kabi muammolar-ko'piklanish jarayonida katta hujayralar, keng hujayra o'lchamlari yoki yopiq va ochiq hujayralar aralashmasi kabi nuqsonli tuzilmalarga olib kelishi mumkin. Moddiy mexanika nazariyasiga ko'ra, bir xil bo'lmagan hujayra tuzilmalarida-katta hujayralarning qirralari va hujayra birikmalari stress kontsentratsiyasi manbalariga aylanadi, bu erda mahalliy stress o'rtacha kuchlanishdan 3-5 baravar ko'p bo'lishi mumkin. Shu bilan birga, bunday tuzilmalarning umumiy mexanik kuchi sezilarli darajada kamayadi, bu ularni ichki gaz bosimi ostida mahalliy yorilishga moyil qiladi, bu esa makroskopik yoriqlarga tarqalishi mumkin.
Xulosa qilib aytganda, ko'piklanish jarayonida PMI ko'pikining yorilishining asosiy mexanizmini quyidagicha umumlashtirish mumkin: ko'piklanish jarayonida "gaz bosimining paydo bo'lishi" va "polimer matritsasi kuchini rivojlantirish" o'rtasidagi kinetik raqobat muvozanati, harorat gradientlari va qattiqlashuv farqlari tufayli yuzaga keladigan ichki stresslar va hujayra tuzilishining buzilishiga olib keladigan stressni kuchaytirish ta'siri. ko'pikli tanasi.
II. Ko'piklanishdan oldingi--yorilishga qarshi mexanizm (yumshatuvchi{3}}sovutish bilan ishlov berish)
"Polimerni yumshatish va oqartirishdan so'ng-sovutish, keyin yana{1}}ko'piklash" jarayoni PMI ko'pik sanoat ishlab chiqarishida "Pre-ko'pikli konditsionerlik" sifatida belgilanadi. Bu jarayon uch oʻlchovli-hujayra yadrolarini nazorat qilish, matritsani mustahkamlash va kuchlanishni yumshatish-polimerni boshqariladigan termofizikaviy ishlov berish orqali-koʻpikli yorilishni koʻrib chiqadi. Uning o'ziga xos harakat mexanizmlari quyidagilardan iborat:
1. Yagona mikrobubble yadrolarini-oldindan joylashtirish va barqarorlashtirish
Ko'piklanishdan oldingi ishlov berishning asosiy ta'siri-mikro pufak yadrolarining bir tekis joylashishidir: Polimer "kritik yumshatuvchi harorat oralig'i"gacha qizdirilganda (odatda ko'piklanishning rasmiy haroratidan 20-30 daraja past), puflovchi vosita qisman bug'lanadi. Shu bilan birga, polimer matritsasi bu nuqtada nisbatan yuqori yopishqoqlikni saqlab qoladi, bu bug'lanish natijasida hosil bo'lgan mayda pufakchalarni matritsa ichida interfaal kuchlanish orqali barqarorlashtirishga imkon beradi va zichligi 10³-10⁴ sm³ bo'lgan bir tekis taqsimlangan mikroko'pikli yadrolarni hosil qiladi. Ko'p sonli mikroko'pikli yadrolar tomonidan yorug'likning tarqalishi dastlab shaffof bo'lgan prepolimerning oq va shaffof bo'lishiga olib keladi - "yumshatuvchi va oqartiruvchi" hodisa.
Keyingi sovutish jarayoni polimer matritsasining viskozitesini yanada oshiradi, mikroko'pik yadrolarining fazoviy holati va morfologiyasini o'rnatadi (gaz qisman qayta-eriishi mumkin, lekin yadrolarning interfeys tuzilishi saqlanib qoladi). Rasmiy ko'piklanish bosqichida, bu{2}}oldindan joylashtirilgan mikroko'pikli yadrolar birinchi navbatda gaz hosil bo'lishi va kengayishi uchun "faol joylar"ga aylanadi va hujayralarning "bir xil yadrolanish" rejimida o'sishini ta'minlaydi. Bu tasodifiy yadrolanish natijasida yuzaga keladigan notekis hujayra o'lchami muammolarini oldini oladi. Yagona va nozik hujayra tuzilishi ichki stressni bir tekis taqsimlash imkonini beradi, stress kontsentratsiyasining ta'sirini sezilarli darajada kamaytiradi va ko'pik tanasining yorilish qarshiligini oshiradi.
2. Dastlabki matritsa kuchini-yaratishdan oldin
Koʻpiklanishdan oldingi ishlov berish jarayonida-polimer issiqlik taʼsirida ikki xil kimyoviy oʻzgarishlarga uchraydi: birinchidan, past{2}}oʻzaro bogʻlanish-zichlikdagi tarmoq strukturasini hosil qiluvchi qoldiq toʻyinmagan qoʻsh bogʻlarning dastlabki oʻzaro bogʻlanish reaksiyalari; ikkinchidan, imidizatsiya reaktsiyasining boshlanishi, bu erda molekulyar zanjirlar halqali tuzilmalarni hosil qila boshlaydi va matritsa moduli asta-sekin ortadi. Bu ikki reaksiya birgalikda polimer matritsasi uchun "dastlabki mustahkamlik skeletini" hosil qiladi, bu esa polimerning dastlabki kuchlanish kuchini 0,8-1,2 MPa dan 2,5-3,0 MPa ga oshiradi.
Keyingi rasmiy ko'piklanish bosqichida, dastlabki kuchga ega bo'lgan matritsa puflovchi vositaning bug'lanishidan dastlabki bosim zarbasiga samarali qarshilik ko'rsatishi mumkin. Bu "matritsa kuchini oshirish tezligi" doimiy ravishda "gaz bosimining ko'tarilish tezligi" ga olib kelishini ta'minlaydi va uning ildizidagi kinetik mos keladigan nomutanosiblikni hal qiladi. Bu hujayraning barqaror kengayishi va to'liq davolanishi uchun vaqt oynasini ta'minlaydi.
3. Dastlabki ichki stresslarni yengillashtirish va qayta taqsimlash
Ichki kuchlanishlar (odatda 0,3{1}}0,5 MPa) molekulyar zanjir orientatsiyasi va hajmning qisqarishi kabi omillar tufayli polimerdan oldingi tayyorgarlik bosqichlarida (sopolimerlanish va quyish)-qolishi mumkin. Ko'pikdan oldingi ishlov berish jarayonida isitish jarayoni polimer zanjiri segmentlarining harakatchanligini oshiradi, materialni "yuqori elastik holatga" keltiradi. Qoldiq ichki stresslar zanjir segmentini qayta tashkil etish orqali yumshatiladi, bu esa stress darajasini 0,1 MPa dan pastga tushirishi mumkin.
Bir vaqtning o'zida mikro qabariq yadrolarining shakllanishi va biroz kengayishi matritsaning mahalliy plastik deformatsiyasini o'z ichiga oladi. Bu jarayon ichki stress energiyasining bir qismini o'zlashtirishi va pufak yadrolari atrofida molekulyar zanjirlarni qayta yo'naltirish orqali stressning qayta taqsimlanishiga erishishi mumkin. Ichki kuchlanishning samarali bo'shashishi polimerning rasmiy ko'piklanish bosqichida termal va qattiqlashuvchi stresslarga-yaxshiroq bardosh berishiga imkon beradi, bu esa kuchlanish superpozitsiyasi tufayli yorilish xavfini kamaytiradi.
4. Puflovchi agent dispersiyasini gomogenlash
Polimerni tayyorlashdan oldingi-parchalash vaqtida puflovchi moddalar diffuziya tezligidagi farqlar tufayli mahalliy kontsentratsiya gradientlarini (ayniqsa qalin{1}}devorli quyma{2}}polimerlarda) hosil qilishi mumkin. Ko'piklashdan oldingi ishlov berishning "issiqlik-sovutish" sikli- puflovchi agentni "bug'lanish{6}}ko'chish-qayta eritish" jarayoniga bo'ysundiradi: qizdirilganda puflovchi vosita bug'lanadi va kontsentratsiya gradientlari bo'ylab tarqaladi; soviganidan keyin polimer matritsaga qayta eriydi. Bu jarayon polimer matritsasi ichida puflovchi agentning bir tekis dispersiyasiga erishib, polimerdan oldingi-potentsial puflovchi moddalar kontsentratsiyasi gradientlarini samarali ravishda yo‘q qiladi. Bu mahalliylashtirilgan ortiqcha puflovchi vositadan kelib chiqadigan haddan tashqari mahalliy hujayra kengayishi bilan bog'liq muammolardan qochadi.
5. Jarayonni optimallashtirishda asosiy qiymatning qisqacha mazmuni
Jarayonni boshqarish nuqtai nazaridan,-koʻpiklashdan oldingi ishlov berish “repetitsiya-optimallashtirish” mexanizmi orqali rasmiy koʻpiklanish barqarorligini sezilarli darajada oshiradi. To'g'ridan-to'g'ri ko'piklanish jarayonida polimer bir vaqtning o'zida yuqori haroratlarda-ko'piklanish, o'zaro bog'lanish va sikllanish-da bir nechta kuchli o'zgarishlarga uchraydi, bu esa jarayonning yomon sinergiyasi tufayli yorilishga moyil bo'ladi. Aksincha, pastroq haroratlarda yumshoq konditsionerlash orqali{7}}ko'piklashdan oldingi ishlov berish optimallashtirishning asosiy bosqichlarini oldindan yakunlaydi: bir xil yadro hosil qilish, kuchni oldindan sozlash-va stressni yumshatish. Bu jarayon ichki stress energiyasining bir qismini o'zlashtirishi va pufak yadrolari atrofida molekulyar zanjirlarni qayta yo'naltirish orqali stressning qayta taqsimlanishiga erishishi mumkin. Bu rasmiy koʻpiklanish bosqichi uchun-polimerga mukammal boshlangʻich holatni-"konstruktiv jihatdan bir xil, etarlicha kuchli va stressni-boshqariladigan-"-beradi va shu bilan yorilishsiz{15}}ko'pik hosil bo'lishiga erishadi.
Shuning uchun,-ko'piklanishdan oldingi davolash "hujayra tuzilishini nazorat qilish - reaktsiya tezligini moslashtirish - ichki stressni boshqarish" ga erishish uchun PMI ko'pik ishlab chiqarishning asosiy jarayonidir. Bu mahsulot rentabelligi va ishlash barqarorligini oshirishda o'zgarmas rol o'ynaydi. Muayyan jarayon parametrlarini (masalan, ko'piklanishdan oldingi harorat, ushlab turish vaqti, sovutish tezligi va h.k.) yanada optimallashtirish uchun polimer formulasidan oldingi-va kerakli ko'pikning ishlash talablari asosida maqsadli tajribalar o'tkazilishi mumkin.
