Автореферат (1090113), страница 7
Текст из файла (страница 7)
18).9Ркр, Н876540246содержаниенанонаполнителя, масс.%а)б)Рис. 18 – Зависимость Ркр для нанокомпозитов на основе ПК с Aerosil OX-50 (1), 2 – Aerosil R7200(2) и Aeroxide AluC (3) от содержания нанонаполнителей (а) и обобщенного параметра Θ (б)Введение нанонаполнителей в ПК приводит к увеличению Р кр в ~ 2 раза с 4 до 7-8Н.
Дляисследованных нанонаполнителей при содержании ~ 0,005 об. д. (1,0 масс. %) достигаетсямаксимальная стойкость поверхности ПК к царапанью, а значение параметра а ср ≈ 16,6 мкм,аср/d ≈ 4 и Θ ≈ 0,95 об. д.. Увеличение содержания нанонаполнителей приводит к снижениюабразивостойкости ДННК, что связано с возрастанием шероховатости поверхности, вследствиеувеличения размера рыхлых агломератов из наночастиц. При введении твердых частиц в матрицуПК, они формируют жесткий квазинепрерывный каркас и повышение абразивостойкостипроисходит вследствие переноса нагрузки при царапании на жесткие компоненты поверхности.27Введение нанонаполнителей с показателем преломления, отличающимся от полимернойматрицы, и их агломерация в процессе смешения приводит к изменению коэффициентапропускания получаемых ДННК и, соответственно, прозрачности ПК.На рис.
19 приведены зависимости коэффициента светопропускания ДННК на основе ПК отсодержания нанонаполнителей.Увеличение содержания нанонаполнителей до 2масс. % приводит к образованию большего количестваагломератов со средним размером ~5 мкм, а значение Кснижается с 89 до 25-35%.В таблице 4 приведены значения Ркр, коэффициентапропускания (К) и шероховатости (Ra) для систем ПК +нанонаполнитель при оптимальном содержании (1 масс.%) наночастиц.Использование смеси нанонаполнителей разныхразмеров и природы может приводить к изменениюРис.
19 - Зависимость коэффициентапропускания (К) ДННК на основе ПК сAerosil OX-50 (1), Aerosil R7200 (2) иAeroxide AluC (3) от и содержаниянанонаполнителяупаковкииувеличениюпараметраφm,причемнаибольшее увеличение достигается при соотношениинаполнителей 1:1. Для смеси (50% Aerosil R7200 + 50%Aeroxide AluC) φm равно 0,12 об. д и для (50% Aerosil ОХ-50 + 50% Aeroxide AluC) φm=0,16 об. д., что на 60% больше аддитивного значения, чем прииспользовании индивидуальных нанонаполнителей.
Наибольшее значение Ркр (8Н) достигаетсяпри введении 1 масс. % смеси нанонаполнителей в матрицу полимера со значением обобщенногопараметра Θ ≈ 0,92-0,95 об. д., аср= 5-12 мкм. При этом оказалось, что использование смесейаэросил + аэроксид приводит к повышению светопропускания композитов (на ~ 15%) примаксимальном уровне стойкости к царапанию.Таблица 4 - Характеристики ПК и ПК + 1 масс. % нанонаполнительСостав ДННКаср, мкмΘ, об.д.Ркр, НК, %Ra, нмПК-1,048820ПК+1масс. % Aerosil OX-50120,9585044ПК+1масс. % Aeroxide AluC80,9276751ПК+1масс. % Aerosil R720090,9376253Параметры рассчитаны на агломерат размером 3 мкмДля улучшения качества смешения и распределения наночастиц в матрице ПК изучаливлияние различных способов смешения (схема 1- на литьевой машине L/D = 20; схема 2 – надвухшнековом экструдере L/D = 20, схема 3 – на двухшнековом экструдере с L/D = 40 и схема 4 –в растворе).
Установлено, что наименьшая агломерация наблюдается при использовании28двухшнекового экструдера с L/D = 40 и при введении нанонаполнителей через раствор ПК вметиленхлориде (средний размер агломератов ~ 2,0 мкм, светопропускание ~ 78% при стойкостиповерхности к царапанию Ркр не менее 7Н).Таким образом, наилучшим сочетанием свойств по абразивостойкости и оптическимхарактеристикам обладает нанокомпозит состава ПК + 0,5 масс. % Aerosil R7200 + 0,5 масс. %Aeroxide AluC полученный по оптимальной схеме с показателями Ркр=8Н, К=78% и обобщеннымипараметрами Θ=0,92-0,95 об.
д. и аср =5-12 мкм (разбавленные системы).Повышения оптических характеристик изделий из ПК - нанокомпозита до К = 80-90%можно достичь путем уменьшения толщины изделия или нанесения на поверхность изделий изПК тонких защитных слоев из нанокомпозита толщиной 10-40 мкм методами соэкструзии,двухкомпонентного литья или по растворной технологии.Кремнийорганические защитные покрытия для ПКПерспективнымнаправлениемповышенияповерхностнойпрочностииабразивостойкости является модификация поверхности изделий из оптически прозрачного ПКпутем нанесения полимерных покрытий разной природы и толщины.
Совместно с ФГУПГНИИХТЭОС21 были проведены серии предварительных исследований по синтезу различныхзащитных покрытий на основе термоотверждающихся силоксановых композиций (ТСК),получаемых по реакции гидролитической сополиконденсации алкоксисиланов. В качествеалкоксисиланов в работе были использованы тетраэтоксисилан и алкилалкоксисиланы (метил-,винил-, метакрилоксипропил-, глицидоксипропилтриметокси(этокси)силаны или их смеси).Полученные продукты гидролитической конденсации представляют собой спиртовые растворы смассовой долей сухого вещества ~ 20-30% и вязкостью ~ 3,57 мПа*с при 20ºС.В результате комплексных испытаний термоотверждаемых силоксановых покрытий(ТСП) на абразивостойкость, на стойкость к царапанию и оптические характеристики избольшогоколичестваисследованныхТСКбыливыбраныобразцыТСК1(МТЭОС:ГЛИТМОС=1:0,4) и ТСК2 (МТЭОС:ВТЭОС = 1:0,4), которые обеспечивают наиболееоптимальный комплекс требуемых свойств (табл.
5).Таблица 5 - Свойства ПК с защитным покрытием ТСПОбразецТолщинапокрытия, мкмАдгезия,баллТвердость покарандашуАбразивостойкость(стальная шерсть №00)Коэффициентсветопропускания, %ПКПК+ТСП 1ПК+ТСП 276223В2Н2Нзатираетсяне затираетсяне затирается889292Примечание: адгезия - 0 баллов (высокая), 2 балла (низкая)2Автор выражает благодарность сотрудникам ФГУП ГНИИХТЭОС Федотовой Т.И., Власовой В.А.,Смирновой К.Е.
за предоставление образцов ТСК.29Защитные покрытия ТСП1 и ТСП2 придают поверхности ПК высокую абразивостойкость,не затираются стальной шерстью №00, твердость по карандашу достигает 2Н и улучшаютсяоптические характеристики образцов ПК. Однако защитные покрытия ТСП1 и ТСП2 обладаютнизкой адгезией к поверхности ПК (адгезия – 2 балла), вследствие этого происходит ихотслаивание от подложки, а на границе раздела фаз ПК-ТСП наблюдаются разрывы и разрушениямонолитности (рис. 21а).Для повышения адгезии защитных кремнийорганических покрытий к поверхности ПКбыло предложено использовать, так называемые переходные слои праймера.
Учитывая высокуюоптическую прозрачность ПММА (К - более 90%) и близкие коэффициенты преломления ПК(nD20=1,56) и ПММА (nD20=1,49), было предложено использовать его в качестве переходногоадгезионного подслоя между ПК и ТСП.Для определения адгезионной прочности разработанных ТСП к ПММА на поверхностьпоследнего методом полива наносили ТСК1 или ТСК2 с последующим отверждением. Изучениеструктуры граничных слоев в системе ПММА+ТСП и адгезии ТСП к поверхности ПММАпоказало, что в этом случае формируется достаточно однородный по структуре граничный слойтолщиной ~ 200 нм, который обеспечивает хорошую адгезию (адгезия – 0 балла, σадг=1,5 МПа) иоптическую прозрачность (К = 90%). В качестве растворителя был выбран хлороформ (ХЛ) сТкип=61°С и параметром растворимости хл=18,7 (мДж/м3)1/2. Параметр растворимости ПММАравен пмма=18,6 (мДж/м3)1/2.
Установлено, что для получения тонких неразрывных слоев изПММА на поверхности ПК с толщиной не менее 2 мкм следует использовать 5% растворыполимера в ХЛ.Для регулирования скорости десорбции растворителя и создания покрытий стабильногокачества использовали смесь низкокипящего (ХЛ) и высококипящего растворителей. Для выборавысококипящего растворителя были проведены термодинамические расчеты по совместимости ирастворимости полимеров. В качестве высококипящего растворителя был выбран моноэтиловыйэфир этиленгликоля - этилцеллозольв (ЭЦ) с Ткип=135°С с =24,1 (мДж/м3)1/2. Теоретическиерасчеты по совместимости были подтверждены экспериментально. Изучены закономерностинабухания и растворения ПК и ПММА в отдельных растворителях и их смесях разного состава.Установлено, что при нанесении на поверхность ПК 5% раствора ПММА в смеси(50%ХЛ+50%ЭЦ), формируется ровное и оптически прозрачное покрытие со стабильнымисвойствами.
На границе раздела фаз ПК-ПММА формируется достаточно однородная структураграничного слоя толщиной ~ 150-200 нм, что определяет высокую адгезионную прочность(адгезия – «0» баллов, σадг = 5,7 МПа) и оптическую прозрачность системы (К = 91%). Показано,что при концентрациях менее 5 масс.
% ПММА в хлороформе и в смеси (50%ХЛ + 50%ЭЦ)вязкость имеет близкие значения, при этом качество получаемого подслоя ПММА зависит нетолько от вязкости раствора, а и от скорости десорбции растворителя. При концентрации ПММА30более 8 % вязкость раствора как в ХЛ, так и в смеси (50%ХЛ + 50%ЭЦ) значительно возрастает,что приводит увеличению толщины подслоя праймера.По полученным данным о зависимости вязкости раствора от концентрации ПММА итолщины слоя праймера на поверхности ПК от вязкости раствора была предложена номограммадля получения слоя праймера требуемой толщины из раствора ПММА заданной концентрации(вязкости).Установлены границы получения сплошного оптически прозрачного переходного слояпраймера толщиной от 2 мкм до 12 мкм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
