Stabiliteit van thermotroop vloeibaar kristallijn polymeer/thermoplast mengsels

Abstract

Om de kennis over zelfversterkende polymeermengsels met thermotroop vloeibaar kristallijne polymeren (TLCP's) als vezelcomponent te vergroten, is onderzoek verricht naar de stabiliteit van deze TLCP vezels in diverse matrixmaterialen. Bij verwarming boven het smeltpunt van beide componenten kan de vezelmorfologie, vanwege de hoge grensvlakenergie, een verandering ondergaan waarbij vezels overgaan in druppels. Deze verandering verloopt via een tweetal mechanismen: retractie van korte vezels tot een bol en opbreken van lange vezels via het Rayleighverstoringsmechanisme waarbij axisymmetrische sinusvormige verstoringen uitgroeien totdat de vezels opbreekt in een rij bolletjes. Deze beide theorieën gaan uit van Newtonse vloeistoffen en negeren daarmee het visco-elastisch gedrag van polymeren. De bestaande theorieën van beide mechanismen zijn beproefd voor een aantal thermoplasten als matrixpolymeer en Vectra A900 als TLCP-vezel. Het sterke niet-Newtonse vloeigedrag van TLCP doet vermoeden dat deze Newtonse theorieen niet toereikend zijn voor toepassing op systemen met TLCP’s, daarom is een paging ondernomen om elastisciteit van de vloeistoffen in de theorie voor Rayleighverstoringen te verwerken door de vloeistoffen te beschrijven met Maxwell-elementen. Omdat de grensvlakspanning een grote rol speelt in de opbreektheorieën en deze parameter nog onbekend is voor systemen met Vectra is een aantal methoden toegepast grensvlakspanningen te meten. Reeds langer bekende methoden zoals contacthoekmetingen en de "spinning drop" methode zijn gebruikt maar ook een recent ontwikkelde theorie waarbij de grensvlakspanning wordt bepaald uit rheologische metingen aan een dispersie via oscillerende afschuiving. De opbreekexperimenten tonen dat opbreektijden voor vezels met diameters van 10-20 μm variëren van enkele seconden tot meerdere minuten en in sommige gevallen helemaal geen opbreekgedrag vertonen. De uitbreiding van de theorie met beschrijving via Maxwell-elementen blijkt analytisch oplosbaar bij toepassing van een enkelvoudig Maxwell-element en toont stijging van de opbreeksnelheid bij toename van de elasticiteit. Hierbij blijkt de invloed van elasticiteit van de matrix sterker dan die van de vezel. De verschillende methoden voor bepaling van grensvlakspanning geven geen eenduidige waarden.