Автореферат (1090113), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Отдельные данные получены врезультате сотрудничества автора со специалистами ФГУП «ГНИХТЭОС» и ИФХ и Э им. А. Д.Фрумкина РАН.ОСНОВНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫГлава 1. Многоуровневая организация гетерогенных гетерофазных структур в полимерныхкомпозиционных материалах – основа для направленного регулирования их свойств.Глава посвящена обзору и анализу большого объема научно-технической и патентнойинформации и исследований, выполненных как в России, так и за рубежом, в области созданиямногокомпонентных композиционных материалов, а также регулированию их гетерогенности игетерофазности на разных иерархических уровнях структуры с целью направленного управленияих свойствами в широком диапазоне. Гетерогенность дисперсных систем задается на разныхуровнях организации их многоуровневой структуры: макро-, микро- и наноуровнях, причемкаждый иерархический уровень вносит свою долю, как в формирование структуры, так и свойстваДНПКМ.
Многие задачи современного полимерного материаловедения можно решить толькопутем создания многокомпонентных гетерогенных гетерофазных композиционных материалов.Числосочетанийразличныхкомпонентовпрактическибезгранично,арегулированиегетерогенности и гетерофазности на разных иерархических уровнях структуры позволяетрегулировать свойства полимерных материалов.
Состав и структура определяют свойстваДНПКМ, однако доля вклада той или иной иерархической структуры в каждое свойство будетзависеть от свойств, параметров макро-, микро- и наноструктуры и их объемной доли в объемематериала.При исследовании полимер - полимерных систем и организации их структуры, полученныефундаментальные данные (фазовые диаграммы) относятся, как правило, к равновеснымтермодинамическим условиям. В реальных технологических процессах получения смесейполимеров морфология их структуры, граница раздела фаз формируются при воздействиипеременных силоскоростных и температурно-временных параметров, что существенно влияет наорганизацию структуры и свойства полимерных материалов.Рассматриваются модели построения дисперсных структур и их описания в терминахобобщенных параметров, их связи с основными положениями и параметрами теории решеток, атакже с комплексом технологических и эксплуатационных характеристик полимерныхкомпозиционных материалов.
Таким образом, описание многоуровневой дисперсной структурыявляется комплексной проблемой для всех гетерогенных структур и материалов.9Рассмотрение ПКМ с позиций многоуровневой организации структуры является весьмаперспективным направлением, которое позволит целенаправленно регулировать параметрыструктуры на разных уровнях, описать морфологию структуры разрабатываемых дисперсныхсистем на основе ПК в рамках предлагаемых модельных представлений и обобщенныхпараметров, определить их связь со свойствами разрабатываемых ПКМ, установить оптимальныеобобщенные параметры дисперсной структуры для многофункциональных ПКМ с высокойударной прочностью, абразивостойкостью и светотехническими характеристиками.Проведенный анализ показал, что в рамках развиваемого подхода имеются кактеоретические, так и технологические предпосылки для решения поставленных в работе задач посозданию многофункциональных ДНПКМ на основе ПК с высокой ударной прочностью,абразивостойкостью и комплексом заданных светотехнических характеристик, а также разработкетехнологии получения композиционных материалов и инновационной продукции.Глава 2.
Многоуровневая организация гетерогенной структуры и создание высокоударостойких полимерных композиционных материалов нового поколения на основе смесейполимеров с поликарбонатом.Разработка технологии получения высоко ударопрочных полимерных композиционныхматериалов на основе смесей полимеров является одной из приоритетных задач полимерногоматериаловедения. Теоретические положения создания таких материалов включают анализразрушения гетерогенных гетерофазных систем по разным механизмам: критических скоростей,кавитации, локальных концентраций напряжений.
Однако, ранее не рассматривались эти вопросыс позиции организации многоуровневой структуры ударопрочных пластиков на основе ПК,модели и описания структуры с помощью обобщенных параметров и формирования границыраздела фаз в технологических процессах переработки.Особенностью ударопрочных пластиков является то, что компоненты полимерной смеситермодинамически несовместимы и полимер-модификатор находится в дисперсной фазе, отформы, размеров, содержания частиц и их распределения в полимерной матрице зависят кактехнологические, так и физико-механические свойства.Для определения параметров многоуровневой структуры полимерных смесей на основеПК, обеспечивающих получение ударостойких материалов с заданными свойствами былипроведены комплексные исследования повыбору исходных компонентов, оценке ихтермодинамической совместимости (фазовые диаграммы), диффузии на границе раздела фаз,построениюфазовыхдиаграмм,морфологииструктуры(макро-имикроуровень)иформированию граничных слоев (микро- и наноуровень) в условиях процессов смешения ипереработки.В качестве объектов исследования для получения смесей с ПК были выбраны трипринципиально различающихся вида полимерных пар: несовместимые (полиэтилены и10сополимеры этилена с винилацетатом, пропиленом, бутеном, этилакрилатом, акриловой иметакриловой кислотой, в т.ч.
нейтрализованной Zn++); ограничено совместимые (сополимерыАБС, графткаучуки разного состава); ограничено совместимые (ПАТФ – ПБТФ и ПЭТФ разныхмолекулярных масс), образующие на границе раздела фаз с ПК химические связи (синтезсополимеров).Процесс смешения и получения композиционных материалов на основе смесей полимеровпроводили на современных технологических установках с универсальными компаундерами,обеспечивающими общую сдвиговую деформацию более 1500, что гарантирует высокое качествосмешения.В работе исследовали гетерогенность и гетерофазность композиций на основе ПКметодамиэлектронноймикроскопии,оптическойинтерферометрии,дифференциальнойсканирующей калориметрии, дилатометрии, а также определяли динамические механические идиэлектрические свойства, комплекс реологических, технологических и эксплуатационныххарактеристик.Проведенные исследования показали, что полимеры-модификаторы для получениявысокой ударной прочности смеси на основе ПК должны иметь в релаксационном спектре пик α релаксации (полиолефины), (АБС, графткаучуки типа «ядро (75% каучук)-оболочка (25%)»: МБСГК, АБС-ГС) в области отрицательных температур.Ударопрочные материалы на основе смесей ПК + полиолефины (несовместимыекомпоненты).Ударная вязкость для смесей на основе несовместимых полимеров в первую очередьопределяется гетерогенностью фазовой морфологии структуры, которая зависит от соотношениякомпонентов, их вязкостей и адгезионной прочности на границе раздела фаз.
Полиолефины (ПО)практически не совмещаются с ПК во всем диапазоне концентраций, за исключениемнизкомолекулярных ПЭ восков, которые растворимы до концентрации 0,3 масс. %.Для всех исследуемых смесей ПК + ПО методамисканирующей и просвечивающей электронной микроскопиибыли получены микрофотографии фазовых структур, оцененыих параметры и установлено, что в области матричных смесейформируется гетерогенная гетерофазная структура.На микрофотографии поверхности скола поперечногоРис. 1 - Микрофотографияструктуры образца бинарнойсмеси ПК + 5 масс.
% ПЭНП(сканирующая микроскопия)сечения литьевого образца из композиции на основе ПК +5 масс. % ПЭНП (рис. 1) видно, что ПЭНП диспергируется вформе анизометричных частиц в матрице ПК, с четковыраженной границей раздела фаз.11Введение в ПК термодинамически несовместимого ПЭ (до 10 масс. %) и формированиегетерогенной гетерофазной дисперсной структуры системы приводит к незначительномуснижению комплекса физико-механических характеристик, в то время как ударная вязкость (а уд)возрастает с 20 до 43 кДж/м2, в ~ 2 раза по сравнению с ПК, причем зависимость ударнойвязкости от содержания ПЭНП проходит через максимум при 5 масс.
%.Переход структуры смеси от матричного типа к взаимопроникающей с непрерывнымифазами ПК и ПО при увеличении содержания полимера-модификатора приводит к расслаиваниюкомпозиций, резкому снижению ударной вязкости и физико-механических свойств.Для оптимальной структуры смеси ПК + 5 масс. % ПЭ, обладающей максимальнойударной прочностью, были определены средние размеры частиц дисперсной фазы (dcр = 0,2 – 9,6мкм) и при максимальной упаковке частиц равной 0,64 об. д. рассчитаны обобщенные параметрыструктуры ДНПКМ: Θ ≈ 0,92 об.д., В = 0,03 об.д., М = 0,0 об.д., аср ≈ 8 мкм и аср/d ≈ 2,4 ударопрочные материалы относятся к разбавленным системам (Θ ≥ 0,92 об.
д.).Исходя из анализа механизмов разрушения полимерных материалов при ударе ипредставления о связи ауд с локальной групповой подвижностью в основной цепи полимера длякомпозиций ПК + 5 масс. % ПО, были исследованы релаксационные свойства динамическимимеханическими и диэлектрическими методами (рис. 2а).В низкотемпературной области релаксационного спектра для смесей термодинамическинесовместимых полимеров присутствуют 2 пика: пик β - релаксации для полимерной матрицы ПКпри -75оС и α- релаксации модификатора ударной прочности. В области высоких температур пикα - релаксации для смесей определяется только полимерной матрицей ПК (+150оС).Температура, высота пика и площадь под кривой пиков α и β - релаксации внизкотемпературной области определяет область перехода от хрупкого к пластическомуразрушению полимерных материалов на основе смесей полимеров.баРис. 2 - Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь (а) и ударной вязкости по Шарпи (ауд)с V- надрезом (б) ПК (1), СЭВА (4) и их смесей на основе ПК с 5 масс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
