Диссертация (1090114), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Для смесейнанонаполнителей в соотношении 1:1 были рассчитаны основные и обобщенныепараметры структуры нанокомпозитов. Средний диаметр частиц агломератовнанонаполнителей dср в композитах был определен по микрофотографиямповерхности образцов (Микроскоп отраженного света Axiovert 40 MAT).В таблице 3.15 представлены данные о влиянии гибридных смесейнанонаполнителей на стойкость к царапанию и оптические свойства композитовна основе ПК.186Таблица 3.15 - Свойства нанокомпозитов на основе ПК, полученных прииспользовании гибридных смесей нанонаполнителейСостав ДННКПКПК+0,25% R7200+0,25% AluCПК+0,4% R7200+0,4% AluCПК+0,5% R7200+0,5% AluCПК+0,4% R7200+0,6% AluCПК+1% R7200+1% AluCПК+2% R7200 +2% AluCПК+0,5% OX-50+0,5% AluCПК+0,4%R7200+0,2%OX50+ 0,4% AluCРкр, Н456877776К, %888377737452215763Наибольшее значение Ркр (8Н) достигается при введении 1 масс.
% смесинанонаполнителей в ПК со значением обобщенного параметра Θ ≈ 0,94-0,95 об.д.,аср= 10 мкм, как это было отмечено ранее для индивидуальных нанонаполнителей.При этом оказалось, что сочетание аэросилов с аэроксидом приводит кповышению светопропускания композитов (на ~ 15%) при максимальном уровнестойкости к царапанию [179].Выбор метода переработки и технологические режимы существенно зависятот обобщенных параметров структуры ДНПКМ. При Θ > 0,75 об.
д. ДНПКМхорошо перерабатываются и течение осуществляется по механизму объемногодеформирования, так как частицы наполнителя при этих концентрацияхнаходятся далеко друг от друга и ещё не образуют квазинепрерывную в объеместруктуру из жестких частиц [74].При сравнении данных для нанокомпозитов, содержащих только одиннанонаполнитель и смесь нанонаполнителей установлено, что использованиесмесей нанонаполнителей приводит к увеличению φm. Это способствует лучшемураспределению наночастиц в матрице полимера, что приводит к сниженииюсреднего размера агломератов и увеличению коэффициента светопропускания.Данные о влияние размера агломератов на коэффициент светопропусканияприведены в таблице 3.16.Использованиесмесейнанонаполнителейприводиткснижениюагломерации наночастиц в ДННК и повышению коэффициента светопропусканияс 67% до 73%.
Наилучшие оптические характеристики компзиций были получены187при использовании смеси двух гидрофобных нанонаполнителей (0,5 масс. %R7200 + 0,5 масс. % AluC), которые имеют лучшее сродство к полимернойматрице ПК.Таблица 3.16 нанокомпозитахРазмерагломератовнанонаполнителейвРазмерПараметрφm, об.д. агломератов,Состав нанокомпозитаПК+1масс.
% AluCПК+1масс. % R7200ПК+1масс % ОХ-50ПК+0,5масс. % R7200+0,5масс. % AluCПК+0,5масс. % ОХ-50+0,5масс. % AluC0,160,100,150,120,16полученныхК, %мкм5543,03,56762507357Таким образом, введение смесей нанонаполнителей оптимального состава вПК позволяет повысить его абразивостойкость и светопропускание по сравнениюс композитами, содержащими только один тип нанонаполнителя.Наилучшеесочетаниесвойствабразивостойкостииоптическиххарактеристик было достигнуто в нанокомпозите состава ПК + 0,5 масс.
% AerosilR7200 + 0,5 масс. % Aeroxide AluC с обобщенными параметрами структурыΘ = 0,94 об.д., аср = 10 мкм, что позволяет отнести данные материалы к групперазбавленных систем [178, 180].3.4.4 Исследование влияние технологии получения нанокомпозитов на основеПК на абразивостойкость и оптические характеристики изделийОсновной задачей при получении нанокомпозитов остается равномерноераспределение наночастиц в высоковязких расплавах полимеров. В работеисследовали различные технологические схемы введения нанонаполнителей в ПКи их влияние на распределение наночастиц в полимерной матрице, размерагломератов,абразивостойкостьповерхностиисветопропусканиенаноматериалов.Смесительный эффект и равномерность распределения наночастиц вполимерных матрицах зависит от использованного оборудования и различных188технологическихсхемпроизводств.Использованныесхемыполучениянанокомпозитов на основе ПК приведены на рис.
3.11.Схема 1:4Схема 2:4Схема 3:4Схема 4:4Рис. 3.11 - Схемы получения нанокомпозитов на основе ПКСхема 1: 1 - смеситель Turbula, 3 - литьевая машина Allorounder 320K 700 250,4 - изделие;Схема 2: 1 - смеситель Turbula, 2 – экструдер MP2015, L/D = 20; 3 - литьеваямашина Allorounder 320K 700 250, 4 - изделие;Схема 3: 1 - смеситель Turbula, 2а – экструдер LTE 20-40, L/D= 40; 3 - литьеваямашина Allorounder 320K 700 250, 4 - изделие;Схема 4: 1а – смешение в диссольвере в растворе ПК в метиленхлориде, 1б –сушка полученного порошка, 2 – экструдер LTE 20-40, L/D= 40; 3 - литьеваямашина Allorounder 320K 700 250, 4 - изделие.189Для получения нанокомпозитов по технологии указанной на схеме 1гранулы ПК сушили 4 часа при Т=120±5°С до содержания летучих ≤ 0,01%, ананонаполнитель - 4 часа при Т=70±10°С, затем ПК гранулы опудривалинанонаполнителем в смесителе Turbula (WAB, Швейцария) в течение 10 мин,после чего отливали образцы на термопласт автомате Allorounder 320K 700 250(Arburg, Германия) по оптимальному режиму.ДляулучшенияраспределениянанонаполнителейврасплавеПКиспользовали предварительное экструдирование на лабораторных двухшнековыхэкструдерах MP2015 фирмы «BakerParkins» (Англия) с L/D = 20 (схема 2) и LTE20-40 фирмы «Lab Tech Eng.Co.» (Тайланд) с L/D = 40 (схема 3).
Гранулы ПК,опудренные нанонаполнителем подготовленные таким же образом, как и длялитья под давлением, экструдировали. Полученные гранулы сушили притемпературе 120±5°С в течение 4 часов и затем получали образцы методом литьяпод давлением. Для введения нанонаполнителей использовали оптимальныережимы смешения и различное технологическое оборудование.На схеме 4 представлен растворный способ введения нанонаполнителя вПК.Характеристики нанокомпозита состава ПК + 0,5 масс. % Aerosil R7200 +0,5 масс.
% Aeroxide AluC, полученного по различным схемам смешения,приведены в таблице 3.17.Таблица 3.17 - Характеристики нанокомпозитов ПК+0,5 масс. % Aerosil R7200 +0,5 масс. % Aeroxide AluC при различных способах введения наночастиц№Способ введения наночастиц в ПК1.2.3.4Схема 1Схема 2Схема 3Схема 4dагл, мкмРкр,НК, %3,02,52,02,0878773757878Получение нанокомпозиций на экструдере с L/D = 40 приводит куменьшению среднего размера агломератов с 3,0 до 2,0 мкм и, соответственно,увеличению светопропускания с 73% до 78% для образцов толщиной 2 мм пристойкости поверхности к царапанию Ркр не менее 8Н. Наиболее эффективным190способом введения наночастиц в полимерную матрицу можно считать получениенанокомпозитов по схеме 3, а также введение наночастиц через раствор.
Однакопоследний способ наиболее трудоемок и экологически не безопасен.Таким образом, наилучшим сочетанием свойств по абразивостойкости иоптическим характеристикам обладает нанокомпозит состава ПК + 0,5 масс. %Aerosil R7200 + 0,5 масс. % Aeroxide AluC, полученный по схеме 3 с показателямиРкр = 8Н, К=78% и обобщенными параметрами Θ = 0,94-0,95 об.д. и аср = 5-7 мкм.Повышения оптических характеристик изделий из нанокомпозита до К =80-90% можно достичь путем уменьшения их толщины или нанесения наповерхность изделий тонких защитных слоев толщиной 10-40 мкм изразработанного нанокомпозита методами соэкструзии, двухкомпонентного литьяК, %или по растворной технологии (рис.
3.12).9089888786858483828180121357911толщина образца, ммРис. 3.12 - Зависимость К от толщины изделия без покрытия (1) и с защитнымпокрытием толщиной 30 мкм (2) из ПК + 0,5 масс. % Aerosil R7200 + 0,5 масс. %Aeroxide AluCС уменьшением толщины изделия из нанокомпозита с 3 до 0,5 ммкоэффициент светопропускания возрастает с 70 до 92%.
При толщине защитногопокрытия из нанокомпозита ~ 30 мкм оптимального состава (ПК + 0,5% масс.R7200 + 0,5% масс. AluC) коэффициент светопропускания достигает 84-88%, аабразивостойкость повышается до значения Ркр = 7-8Н [178].1913.4.5Исследованиехарактеристикповерхностиполикарбонатаинанокомпозитов методом наноиндентированияДля получения данных о физико-механических свойствах непосредственноповерхностинанокомпозитаиспользовалисовременныеметодынаноиндентирования (таблица 3.18).Таблица 3.18 - Свойства поверхности образцов ПК и нанокомпозитаМикротвердостьМодульКоэффициент, ГПаупругости, ГПаКуп, %Состав и способ получения ДННКРкр, НПК (литье под давлением, экструзия)ПК+0,5 масс.% R7200 + 0,5 масс.%AluC (схема 3)40,1672,867280,1832,9374Введение в матрицу ПК жестких частиц нанонаполнителей с высокойтвердостью по шкале Мооса (не менее 7) приводит к повышению микротвердостиРкр в 2 раза, а его поверхности всего на ~ 12,5% и незначительному возрастаниюмодуля упругости и увеличению коэффициента упругого восстановления.Механизм повышения абразивостойкости нанокомпозита на основе ПК, повидимому, заключается в формировании в приповерхностных слоях полимеражесткого каркаса из твердых наночастиц, которые воспринимают основную частьвнешней нагрузки при воздействии индентора (царапание).Таким образом, изучены основные закономерности структурообразования вДННК на основе ПК, впервые установлена связь обобщенных параметровструктуры со свойствами ДННК, разработан оптимальный состав и технологияполучения абразивостойкого низконаполненного нанокомпозита на основе ПКдля экструзионных и литьевых изделий при сохранении на высоком уровне ихтехнологических и оптических характеристик, что позволяет существеннорасширить области применения нового вида инновационного продукта.Получен абразивостойкий нанокомпозит ПК + 0,5 масс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
