Диссертация (1090114), страница 32
Текст из файла (страница 32)
3.30.214Рмах=10мНhc1500Рис. 3.30 - Кривые нагружение – разгружение для образцов ПК (1), ПММА (2) и(ПК + ПММА + ТСП) (3)С уменьшением твердости поверхности кривая P = f(h) смещается в областьбольших деформаций. Следует отметить, что при определении твердости по ISO14577 учитываетсяжесткость контакта образца с индентором, котораяопределяется по тангенсу угла наклона касательной к кривой разгружения в точкеPmax. Глубину внедрения индентора в образец (hc) при заданной нагрузкеопределяют по кривой разгружения (рис. 3.30). По величине твердости материалыможно расположить в следующей последовательности ТСП →ПММА → ПК.Кривая разгружения характеризует вязкоупругое поведение полимера, егонеобратимую и обратимую деформации и релаксационные свойства.
Как видно издиаграмм, для образцов с ТПС обратимая деформация значительно больше, чемдля ПК и ПММА. Для ПММА и образца ПК+ПММА+ТСП максимальная глубинавнедрения индентора имеет близкие значения hmax ~ 1250 нм, однако остаточнаяглубина индентора для образца с ТСП (hвос ~ 3 нм) во много раз меньше, чем дляПММА (hвос ~ 200 нм), что определяется разницей в значении обратимойдеформациинеобратимойповерхностидеформацииисследуемыхглубинаобразцов.остаточногоСувеличениемотпечаткадолииндентора215увеличивается.
Рост обратимой деформации и релаксация способствует быстромузалечиванию царапины на поверхности ПК + ПММА + ТСП [1, 194].Послепроведенияфизико-механическихиспытанийсканировалиповерхность образца в режиме СЗМ в области индентирования с целью полученияинформации о рельефе остаточного отпечатка и его изменения в процессеразгружения образцов (релаксация). Примеры изображений таких отпечатков дляобразцов ПК, ПММА и (ПК + ПММА + ТСП) приведены на рис. 3.31.а)б)в)Рис.
3.31 - Отпечаток и рельеф поверхности образцов ПК (а), ПММА (б) и (ПК +ПММА + ТСП) (в) после индентирования (максимальная нагрузка - 10мН)После снятия нагрузки наибольшая остаточная глубина внедренияиндентора наблюдается для ПК (до 500 нм) и для ПММА (до 200 нм) онаснижается практически в ~ 2,5 раза. Для силоксанового покрытия в системе ПК +ПММА +ТСП отпечаток индентора размыт и его глубина не превышает 3 нм.Такое поведение поверхности материалов определяется в первую очередь ихмодулем упругости, твердостью, релаксационными явлениями и величинойобратимой деформации.
Образец (ПММА + ТСП) ведет себя аналогично образцу(ПК + ПММА + ТСП). Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод,что разработанное ТСП обладает достаточно высокой обратимой деформацией ибольшой скоростью релаксации, что способствует заживлению мелких царапин итрещин по релаксационному механизму.216Для исследования поведения полимерных материалов и покрытий принанесении царапин применяли метод склерометрии с переменной нагрузкой (Р).Условия эксперимента были следующими: длина царапины составляла 60 мкм,скорость царапания – 0,2 мкм/с, нагрузку при царапании изменяли от 0 до 30 мН,направлениецарапания«ребромвперед».Послепроведенияиспытанийповерхность образцов сканировали в режиме СЗМ с целью полученияизображения рельефа остаточного следа после нанесения царапины. Примерырельефов царапин, полученных для образцов ПК и ПК+ ПММА + ТСП приведенына рис.
3.32.Рис. 3.32 - Рельеф поверхности образцов ПК (а), ПК + ПММА + ТСП (б) посленанесения царапин с увеличивающейся нагрузкой от 0 до 30 мНПри снижении нагрузки при царапании менее ~ 25 мН вследствиерелаксационных процессов на поверхности ТСП практически не остаетсяотпечатка от царапины. При максимальной нагрузке 30 мН на поверхностиобразца с ТСП появляется отпечаток от индентора глубиной ~ 300 нм, в то времякак на поверхности ПК при той же нагрузке глубина следа индентора составляет~2100нм,чторазработанногоповерхности ПК.позволяетзащитногосудитьпокрытияовысокойТСП потвердостиповерхностисравнению с твердостью217Физико-механические характеристики исследуемых полимерных образцовметодами наноиндентирования приведены в табл. 3.26.Таблица 3.26 - Физико-механические характеристики поверхности полимерныхматериаловп/пОбразецШероховатостьRa, нм12345ПКПММАПК + ТПСПММА + ТСППК + ПММА + ТСП11,84,40,50,40,4МодульЮнга Е,МПаТвердость Н(ISO14577),МПаН/ЕKуп,%2,24.51,41,92,10,270,330,680,700,710,060,070,480,370,347260999999Следует отметить, что при нанесении силоксанового покрытия наповерхность ПК и ПММА существенно снижается их шероховатость, несколькоснижается модуль упругости при росте твердости, при этом коэффициентупругого восстановления достигает Куп ~ 99%.Результаты определения адгезионной прочности и абразивостойкостиисследуемых полимерных образцов традиционными методами приведены в табл.3.27.Таблица 3.27 - Адгезионная прочность и абразивостойкость полимерныхматериаловп/п123456ОбразецПКПММАПК + ПММАПК + ТСППММА + ТСППК + ПММА + ТСПАдгезионнаяпрочность ТСП кподложке, балл(ISO 2409)0200Твердость покарандашу(ISO 15184)3В4НF2Н7Н4НИспытаниестальнойшерстью №00затираетсязатираетсязатираетсяне затираетсяне затираетсяне затираетсяКак следует из данных табл.
3.27, наблюдается корреляция междузащитными свойствами покрытия (твердость, абразивостойкость, затирание) и егоадгезионной прочностью к подложке. Так образец (ПК + ТСП) имеет низкуюадгезионную прочность силоксанового покрытия к ПК (адгезия – 2 балла), чтоприводит к его частичному отслаиванию во время проведения испытаний приопределении твердости по карандашу. Вследствие этого значение твердости для218этого образца имеет минимальное значение равное 2Н для исследуемых образцовс ТСП.
С увеличением адгезионной прочности значение твердости по карандашувозрастает до 4Н - 7Н. Отметим, что после нанесения силоксанового покрытия наполимерные материалы их поверхность не затирается стальной шерстью.Образы 4, 5 и 6 имеют одинаковый верхний защитный слой – ТСП, однакотвердость образцов по карандашу существенно различается.
Очевидно, чтотвердость по карандашу определяется не только твердостью защитногосилоксанового покрытия и его адгезии к поверхности образца, но и твердостьюполимерной подложки. Однако твердость материала не является определяющимфактором, характеризующим его абразивостойкость, в частности, его стойкость кзатиранию.Эффект «затирания» или «помутнения» материалов обычно связывают либос рассеянием света на поверхностных или объемных механических дефектах,либо с поглощением части светового потока загрязняющим слоем, образующимсяна поверхности. В первом случае увеличение стойкости к износу реализуетсяпутем повышения физико-механических характеристик поверхности полимерногоматериала, во втором – улучшением рельефа поверхности и в первую очередьснижением ее шероховатости.Нанесение силоксанового покрытия способствует образованию болеегладкой поверхности и повышению абразивостойкости.
Значение шероховатостиобразцов ПК и ПММА на порядок превышает шероховатость образцов ссилоксановым покрытием, которая вносит определенный вклад в повышениеабразивостойкости поверхности материалов при одинаковом значении твердостипо карандашу.Для описания поведения ТСП в режиме нагружение - разгружение былапредложена концепция «деформационной» или «универсальной» твердости,определяемой методом наноиндентирования [195]. В рамках данной концепциитвердость является мерой одновременно и упругой, и пластической деформации.Очевидно, что не совсем корректно сравнивать традиционную и универсальную219твердость,хотя дляматериалов спреобладающейдолейпластическойдеформации над упругой эти два значения достаточно хорошо совпадают.Следует отметить, что аналогичное измерение твердости характерно и длядругих классов материалов, таких как углеволокнистые композиты [196],сверхтвердые пленки на основе нитридов и карбидов титана [197], углеродныечастицы на основе фуллеренов [198].Присозданиизащитныхнаноструктурныхпокрытийнаметаллахсовременное материаловедение использует концепцию оптимизации двухосновных величин, которая сводится к требованию увеличения твердости (Н) приодновременном снижении модуля упругости (Е).
Такое сочетание приводит кизвестному правилу [115] - повышение значения величины отношения Н/Е, дляобеспечения требуемых механических и трибологических характеристик. Данныепредставления, полученные ранее для металлов, хорошо согласуются срезультатами для полимерных материалов (ПК, ПММА, ПК + ПММА, ПК+ПММА + ТСП) с силоксановым защитным покрытием, полученными в даннойработе.Результаты,впервыеполученныеметодомнаноиндентирования,показывают, что твердость полимерных образцов с ТСП существенно возрастаетпри незначительном снижении модуля упругости, при этом увеличиваетсязначение отношения Н/Е, что приводит к повышению абразивостойкостиисследуемых материалов.3.5.7 Влияние светостабилизаторов на свойства поверхности образцовПК+ПММА+ТСПИзделия из ПК в процессе эксплуатации подвергаются воздействиюсолнечных лучей и различных погодных условий, в результате чего происходитухудшениеихоптическихифизико-механическийхарактеристик.Дляповышения стойкости изделий из ПК к воздействию света в его состав, какправило, вводят светостабилизаторы бензотриазального типа под коммерческим220названием Тинувин, наиболее распространенные из них, являются Тинувин 234,350 и 360.Известно, что деструкция ПК под действием светового излучения идет восновном c поверхности изделия [199-200], поэтому светостабилизаторыцелесообразно вводить не в массу полимера, а в приповерхностный слой, темсамым снижая его воздействие на оптические и физико-механические свойстваизделий из ПК.
В настоящее время большинство производителей листов из ПКполучают их методом соэкструзии, где верхний слой содержит от 3 до 5 масс. %светостабилизатора.Для защиты изделий из ПК с разработанным защитным покрытием ТСП отУФ - излучения в ТСК-1 (1кр) и ТСК-2 (2кр) вводили светостабилизатор.Использование для разбавления ТСК хлороформа и введение в негоТинувинов приводит к изменению его структуры и снижению твердости ТСП покарандашу с 4Н до НВ и поверхность образцов затирается стальной шерстью№00.Полученныеданныепоказывают,чтовведениеразличныхУФ-стабилизаторов (Тинувины) в термоотверждаемые силоксановые покрытия нецелесообразно.Для сохранения структуры ТСП светостабилизатор вводили в слойпраймера (ПММА).При введении светостабилизатора Тинувина 234 до 6 масс.
% в ПММАпокрытие получается практически бездефектным. Использование Тинувина 234позволяет получить качественное покрытие с толщиной до 12 мкм.Введение 3-6 масс. % светостабилизатора (Тинувин 234) в подслойпраймера из ПММА не приводит к снижению адгезионной прочности, твёрдостииабразивостойкостиповерхностиобразцовПК+ПММА+ТСП,атакжеоптических характеристик (К = 92%).Для прогнозирования поведения изделий из ПК с защитным ТСП в процессеэксплуатации под воздействием УФ- излучения были проведены испытания по ихускоренному старению.221Ускоренное старение образцов ПК, ПК + ПММА, ПК + ПММА + ТСПполикарбоната под действием УФ – излучения проводили с использованиемртутной лампы ДРТ-1000. Зависимость коэффициента светопропускания образцовот времени облучения приведены на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
