Диссертация (1090298), страница 17
Текст из файла (страница 17)
рис. 2.6), полученных наустановке ДРОН-1, оснащённой фотокамерой, наблюдается аморфноедиффузное гало. Значения прочности σраст и модуля упругости прирастяжении Ераст, а также относительного удлинения при разрыве εразр дляобразцов полидисперсных полимеров с δ = 100 мкм приведены в табл. 2.5(усреднение по результатам 10 измерений).
Значения прочности σраст имодуля упругости при растяжении Ераст, а также относительного удлинения111при разрыве εразр для образцов полидисперсных полимеров с δ = 100 мкмприведены в табл. 2.5 (усреднение по результатам 10 измерений).Рис. 2.6. Фоторентгенограмма образца амПЭТФ-76 в больших углахдифракции (аналогичный вид имеет фоторентгенограмма амПЭТФ-15).Таблица 2.5Механические характеристики образцов полидисперсных полимеров с δ =100 мкмОбразецMw, кг/мольσраст, МПаЕраст, ГПаεразр, %ПС-23023043.2 ± 1.82.47 ± 0.253.9 ± 1.3ПС-22522536.6 ± 2.91.70 ± 0.252.3 ± 0.2ПФО4462.0 ± 6.01.76 ± 0.2023.5 ± 9.0ПММА-878769.6 ± 4.11.94 ± 0.347.1 ± 1.9ПС + ПФО (1:1)230 (ПС), 44 (ПФО)ПС + ПФО (3:1)58.8 ± 3.92.04 ± 0.124.9 ± 0.5230 (ПС), 44 (ПФО)55.7 ± 2.62.05 ± 0.124.1 ± 0.7Они измерялись при комнатной температуре и скорости растяжения 5мм/мин на универсальной разрывной машине Instron (модели 1130 и 5565).Деформация образца измерялась по изменению расстояния между зажимами.Значения механических характеристик из табл.
2.4 и 2.5 соответствуютзначениям аналогичных характеристик для массивных образцов этих112полимеров[104,160].Этоявляетсяещёоднимаргументом,подтверждающим правомерность рассмотрения толстых плёнок толщиной100 мкм в качестве блочных (массивных) образцов.Для выяснения существования поверхностной сегрегации в смесях ПСс ПФО регистрировали кривые свечения при использовании метода плазмоиндуцированной изотермической люминесценции с помощью уникальногоприбора "Нанолюминограф" [174-177], имеющегося в лаборатории физикипрочности ФТИ.
В Нанолюминографе образец помещали в откачиваемую довысокого вакуума камеру [давление (p) ≤ 10−6 мм. рт. ст.], охлаждали до 77 К,напускали плазмообразующий газ аргон (p возрастало до ~ 10−1 мм. рт. ст.), изатем поджигали газовый разряд при помощи высокочастотного (частота13.56 МГц) генератора на время 5 минут. Для исследуемых полимеров прииспользовании низкотемпературной плазмы с приведённой напряженностью2·103 Вт/см3 глубина анализируемого слоя составляла порядка 2 нм (авторвыражает благодарность Д.В. Лебедеву, ФТИ им. А.Ф.
Иоффе РАН, запомощь в проведении этих измерений и их обработку).2.3. Адгезионные соединения полимер−полимерС целью формирования АС два образца выдерживались в контакте впрессе или термокамере при постоянной Тк < Тсоб и заданном tк, которыеварьировались в широких интервалах (Тк − от комнатной до 156оС, tк − от 2мин до нескольких недель), при низком контактном давлении (рк) (десятыедоли МПа), исключающем вязкое течение. В процессе контактирования двухобразцов идентичных или различных полимерных материалов, в том числесмесей, формировались гомо- (гомо-АС) или гетеро-адгезионные соединения(гетеро-АС), соответственно, т.е. частично залечивались симметричные(происходилааутогезия)илиасимметричныеграницыразделаполимер−полимер (происходила адгезия). Затем сформированные АСподвергались воздействию внешнего механического поля при более низкой,113комнатнойтемпературесцельюопределенияихпрочностныхивязкоупругих свойств.2.3.1.
Выбор моды деформированияКак уже отмечалось в разделе 1.4, результатом формирования АС принизких Тк и коротких tк являются достаточно низкие значения усилия при егоразрушении Fразр. Поэтому в таких случаях оптимальными являются модырастяжения и сдвига, когда практически вся площадь контакта одновременнооказывает сопротивление внешнему механическому полю. Ещё однимважным моментом, который необходимо учитывать при формировании АСниже Тсоб, является обеспечение "смачивания", которое может оказатьсявесьма проблематичным при контакте довольно жёстких образцов толщинойнесколько миллиметров и более, обычно используемых при формированииАС в модах растяжения и расщепления.
Исходя из этих соображений, дляпроведения основной части экспериментов в данной работе была выбранамодасдвигаитолщинаобразцов100мкм.Ограниченноечислоэкспериментов было проведено (1) на образцах с δ > 100 мкм дляобеспечения разрушения в зоне контакта после формирования АС при Тк,близких или выше Тсоб, а также (2) в моде расслаивания, преимуществомкоторой является прямой доступ к энергетическим показателям (работаразрушения). В последнем случае использовались образцы с δ = 50 мкм. Этатолщинаоказаласьоптимальнойкакдляпредотвращенияхрупкогоразрушения образца при изгибе, так и для обеспечения минимальновозможного нагружения зоны контакта при закреплении АС в зажимахрастягивающего устройства.
Для этого свободные концы АС приклеивали ккартонной полоске, закрепляли вместе с ней в зажимах, а перед проведениемизмерений полоску разрезали. Геометрия АС двух типов в моментнагружения показана ниже в подразделе 2.3.3.1142.3.2. Условия формированияГеометрия контактаИз полученных образцов вырезались полоски шириной 5 мм, которыеприводились попарно в контакт и выдерживались при постоянных времени tки температуре контактирования Тк под действием невысокого контактногодавления рк в лабораторном прессе Carver (Wabash, Indiana, США) илитермокамере, оснащенной вентилятором.
Для деформирования АС в модесдвига, 2 образца приводили в контакт внахлёстку на площади 5×5 мм2,чтобы свободные концы образцов, закрепляемых впоследствии в зажимахразрывной машины, находились по разные стороны от адгезионного стыка(см. рис. 2.7).ДавлениеРис. 2.7. Схема формирования АС внахлёстку и его размеры.Этот метод является стандартным при испытании клеевых соединений [178,179], а также широко используемым для измерения прочности АСполимер−полимер (см., например, [7, 24, 102, 105, 180]). Для формированияАС, предназначенных для испытаний в моде Т-обрàзного расслаивания, 2образца приводили в контакт на площади 5×10 мм2 таким образом, чтобысвободныеконцы образцов, закрепляемыхвпоследствиив зажимахразрывной машины, находились по одну сторону стыка.
В этом случаесвободные концы АС при термостатировании изолировались от контакта115друг с другом алюминиевой фольгой, а для приложения давления только кзоне контакта под неё подкладывались металлические пластинки толщиной 1мм и площадью 1×1 см2.ТермостатированиеФормирование АС осуществлялось двумя способами – в лабораторномпрессе Carver (см. рис. 2.8) или термокамере (см. рис. 2.9), располагавшейсяв климатической комнате, в которой поддерживалась температура (24 ± 1)оСи относительная влажность воздуха (75 ± 5)%.
Температура в прессе итермокамере поддерживалась в автоматическом режиме соответственно сточностью ± 2.5оС и ± 1оС.Прииспользованиипресса10парконтактирующихобразцовпомещались между двумя пластинами из нержавеющей стали толщиной 2 мми загружались в пресс, разогретый до заданной температуры. Послепредварительного прогрева ячейки в течение 1 мин ко всем зонам контактасинхронно прикладывалось давление.
Для возможно более однородногоприложения давления к каждой из зон контакта предварительно проводиласьсортировка образцов по толщине ± 1 мкм с тем, чтобы толщина каждогостыка отличалась не более чем на 2 мкм. После выдержки в течениезаданного интервала tк (≥ 2 мин) проводилось достаточно быстроеохлаждение ячейки до комнатной температуры путём циркуляции холоднойводы в манжетах пресса (в зависимости от Тк, для этого требовалась от 2-хдо 4-х минут). При использовании термокамеры ячейка для формированияАС состояла из пластины из нержавеющей стали толщиной 3 мм, на которойбыло выделено 10 кругов диаметром 30.5 ± 0.1 мм, каждый из которыхограничивался 6-ю вертикальными (отклонение ± 0.1 мм) стержнями высотой9 см, равномерно расположенными по окружности.
Центр областиперекрытия двух образцов совмещали с центром круга, после чего на каждуюиззонконтактапомещалицилиндрическийгрузмассой0.51кг116(нержавеющая сталь, диаметр 30 ± 0.1 мм и высота 9.4 см), предварительнонагретый до выбранной Тк.Рис. 2.8. Пресс Carver.Нежелательное смещение центра тяжести груза относительно центра зоныконтакта в процессе загрузки ячейки в термокамеру блокировалось боковымистержнями-ограничителями.
Ячейка с образцами и термокамера, в которойпроводили формирование АС, показаны на рис. 2.9. Восстановлениезаданного значения Тк после загрузки ячейки в предварительно нагретуютермокамеру происходило в течение 3-5 мин (в зависимости от Тк). Послевыдержки в течение заданного tк (≥ 10 мин) нагрев отключался, дверцакамеры открывалась, и при работающем вентиляторе ячейка с образцамиохлаждалась (десятки минут) до комнатной температуры. Более однородноеприложение давления (индивидуально к каждой из 10-ти зон контакта) вячейке, показанной на рис. 2.9, приводило к уменьшению стандартногоотклонения [см. уравнение (2.2) ниже] от среднего значения адгезионнойпрочности по сравнению с формированием АС в прессе.
Однако117преимуществом использования пресса являются более короткие периодывремени, необходимые для достижения заданной Тк после загрузки иохлаждения сформированных АС до комнатной температуры.Рис. 2.9. Ячейка (сверху) и термокамера с ячейкой для формирования АС.118Системы (интерфейсы) полимер−полимер, в которых изучались адгезионныепроцессы, схематически изображены на рис. 2.10 с указанием типа системы.симметричнаяграница раздела(гомо-адгезионноесоединение)асимметричнаяграница раздела(гетеро-адгезионноесоединение)совместимаясовместимаякристаллическаяаморфнаяаморфнаяаморфнокристаллическаяПЭТФ-ПЭТФПС-ПС, ПФО-ПФО,ПММА-ПММА,ПЭТФ-ПЭТФнесовместимаяаморфнаяПС-ПФОПС-ПММА,ПС-ПЭТФПЭТФ-ПЭТФПС-смесь (ПС+ПФО)смесь-смесь(ПС+ПФО)Рис.
2.10. Полимер-полимерные системы, исследованные в работе.Выбор вышеперечисленных объектов исследования позволил охватитьширокий спектр возможных зон контакта (интерфейсов) полимер−полимер сточки зрения (а) нахождения в контакте одного и того же (симметричныеграницы раздела) или различных материалов (асимметричные границыраздела), (б) совместимости (границы раздела совместимых и несовместимыхполимеров),(в)фазовогосостояния(аморфные,аморфно-частично-кристаллические и частично-кристаллические границы раздела) и (г)композиционного состава (границы раздела гомополимер−гомополимер,гомополимер−смесьисмесь−смесь).Болеедетальноисследовался119атактический ПС, являющийся "классическим", одним из наиболее полноохарактеризованных аморфных полимеров с точки зрения диффузионных,адгезионных, теплофизических и деформационно-прочностных свойств.Выбор интервала Тк с учётом фактической ТсобТаккакстеклованиеявляетсярелаксационнымявлением,длякорректного изучения адгезии при Т < Тсоб важно находиться нижефактической Тсоб, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
