Диссертация (1091842), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Селективными растворителями служилициклогексан для фазы ПС, уксусная кислота для ПА-12 и ПММА и толуол дляодновременной экстракции фаз ПС и ПММА. Времена экспозиции образцов врастворителях составляли 3-8 мин. После процедуры экстрагирования образцыподвергали вакуумной сушке при 60-80оС в течение 2-3 часов.Поскольку подбор селективных растворителей для смесей эластомеров былсопряжен с трудностями, контрастирование этих объектов осуществляли методомтравления поверхности в низкотемпературной кислородной плазме на приборе IB-5 SPISputter Coater (RMS-Eiko Corp., Япония) при силе тока порядка 5 мА. Так как полимерыразличаются по скорости окисления и термостойкости, то на поверхности образуетсярельеф глубиной несколько нанометров, который выявляет морфологию образца, иделает еѐ различимой для сканирующего электронного микроскопа.
Во избежаниеперегрева образца травление осуществляли в несколько циклов, каждый из которыхдлился две минуты. Циклы травления перемежались циклами охлаждения образца,равными также двум минутам.52Вследзаконтрастированиемпроизводиливакуумноеионноенапылениеобработанной поверхности образцов сплавом Au-Pd на приборе IB-5 SPI Sputter Coaterдля создания токопроводящего слоя. Циклы напыления длительностью 2 минперемежались циклами охлаждения. Общее время напыления составляло порядка 14мин.Часть образцов смесей полимеров препарировали с использованием методакриогенных хрупких сколов. Поверхности разрушения после контрастированияподвергали напылению токопроводящим слоем как описано выше.Фазовую морфологию образцов смесей, подготовленных описанными вышеспособами, анализировали с использованием сканирующего электронного микроскопаTesla BS 340 (Tesla, Чехословакия), снабженного АЦП-преобразователем, позволяющимвыводить изображения на экран монитора компьютера.Для количественного анализа фазовой морфологии смесей использовалипрограмму Image, разработанную на кафедре ХФП и ПМ МИТХТ им.
Ломоносова [218].Для каждого образца анализировали в среднем 300-400 частиц. В результате анализабыли получены гистограммы распределения частиц по размерам, а также основныехарактеристики морфологии смеси: средний диаметр частиц, минимальный имаксимальный диаметры частиц, межчастичные расстояния и др.Оптическаямикроскопия.Микроскопическоеисследованиеуглеродныхволокон проводили на оптическом микроскопе МБИ-6 (Россия) в проходящем свете.Оценка сонепрерывности в смесях термопластов. Для оценки непрерывности вбинарных и многокомпонентных смесях использовали метод, предложенный в работах[219, 220] состоящий в селективной экстракции сонепрерывной фазы. Полученныепрессованием пластины толщиной порядка 1 мм взвешивали и помещали врастворитель,селективнорастворяющийтолькофазу,непрерывностькоторойопределяется.
Образец через каждые 24 часа высушивается и взвешивается. Опытзавершается, когда масса образца остается неизменной. Процент непрерывностирассчитывали по следующей формуле:i mi 0 mifmi 0 100(2.1)53где, mi0 – масса экстрагированного из образца полимера, mif –масса полимера,оставшегося после экстракции.Оценка поверхностных свойств полимеров, наполнителей и волокон.Контактный угол капли на поверхности объекта измеряли с помощью гониометра ЛК-1фирмы Open Science, Россия. Данный прибор позволяет получать на экране монитораизображение капли, помещенной на подложку, и, используя встроенную программуопределять величину контактного угла смачивания. Все опыты проводили при 21±1ºС.Образцы полимеров, использовавшиеся в эксперименте, представляли собойпластины прямоугольной формы шириной 1.5-2 см, длиной около 5 см и толщиной 3 мм.Образцы из пластиков готовили методом прессования при температуре, превосходящейтемпературу размягчения пластика на 20-30°С с последующим охлаждением в прессформе до комнатной температуры.
Образцы эластомеров дополнительно выдерживали ввакуумном термошкафу при температуре 120°С в течении суток для прохожденияпроцессов релаксации, чтобы избежать коробления их поверхности. Поверхности прессформы и образцов были отделены друг от друга плѐнкой из полиэтилентерефталата.Поверхностное натяжение рассчитывали с использованием различных подходов.В частности, для оценкиповерхностного натяжения методом Зисмана [96, 97],применяли шесть различных жидкостей (вода, глицерин, этиленгликоль, 1,4-бутандиол,диметилсульфоксид (ДМСО) и метилцеллозольв) и смесь воды и 1,4-бутандиола вразличных пропорциях. Значения поверхностных натяжений для смесей 1,4-бутандиолас водой приведены в таблице 2.2 [221, 222], а для чистых жидкостей в таблице 2.3. Вэтой же таблице приведены значения составляющих поверхностного натяжения,заимствованные из [223-229], которые необходимы для последующих расчетов.Таблица 2.2 – Значения поверхностного натяжения для смеси 1,4-бутандиола сводой при различных концентрацияхВещество1,4-бутандиолПоверхностное натяжение, мДж/м20%10%20%30%40%50%60%70%71.261.256.954.252.050.749.547.954Таблица 2.3 – Значения поверхностных натяжений и их составляющих дляиспользованных жидкостейγ l,γld (γlLW),γlp (γlAB),γ l- ,γ l +,мДж/м2мДж/м2мДж/м2мДж/м2мДж/м2Вода [223]72,821,851,025,525,5Этиленгликоль [223, 226]48,029,019,047,01,9ДМСО [223]44,036,08,035,00,5Глицерин [226]64,034,030,057,43,921,4-бутандиол [222]43,8----Метилцеллозольв [227, 228]33,0----Декалин [229]32,132,1000ЖидкостьКаплю жидкости объемом 2,0-2,5 мкл наносили на поверхность образца спомощью микрошприца.
Для каждого полимера проводили по 40 измерений контактныхуглов, после чего определяли среднее значение и величину погрешности измерения.Значения гистерезиса контактных углов определяли двумя способами. Первый изних - методом сидячей капли, постепенным добавлением и удалением небольшогообъема жидкости [230, 231]. Схема измерения гистерезиса этим способом показана нарисунке 2.3. Сначала формируют каплю объемом 1,5±0,5 мкл, затем постепеннодобавляютпо 0.2±0,05 мкл жидкости. Контактный угол при этом увеличивается(рисунок 2.3, а). При достижении определенного объема капли, диаметр резкоувеличивается и, следовательно, уменьшается контактный угол. Максимальное значениеконтактного угла и есть угол натекания (θA).
Для определения угла оттекания проводятобратный процесс: постепенно отбирают жидкость, пока величина контактного угла недостигнет минимального значения. Минимальный угол и есть угол оттекания (θR)(рисунок 2.3, б).55(а)(б)Рисунок 2.3 – Схема измерения гистерезиса контактного угла: а – определение угланатекания; б – определение угла оттеканияВторой способ - испаряющейся капли, подробно описанный в ряде работ [118,226, 227] вкратце состоит в следующем.
На поверхность полимера помещали каплюводы объемом 2,5±0,5 мкл. На воздухе происходило испарение воды, в результатевеличина контактного угла капли уменьшается до определенной величины (рисунок 2.4,а). После этого капля стягивается, что приводит к увеличению контактного угла. Этотмаксимальный угол и есть угол оттекания (рисунок 2.4, б). Измерение контактного углав данном опыте проводили через каждые 30 секунд.(а)(б)Рисунок 2.4 – Схема процесса испарения капли воды: а – первоначальное испарениекапли; б – стягивание капли56Для каждого полимера проводили по 5 измерений углов натекания и оттеканияобоими методами.Свободнуюповерхностнуюэнергиюнаполнителей(СПЭ)определялисиспользованием метода лежачей капли (использовали воду и ДМСО) и уравнениягармонического среднего.
СПЭ волокон определяли с использованием «метода длины» и«метода перегиба (inflexion method)», описанных в разделе 1.11.2 при температуре21±1°С на гониометре ЛК-1.Прочностныесвойства.Прочностькомпозицийврежимедеформациирастяжения оценивали на разрывной машине Instron ТМ-1122 (Instron Corp., США) прискорости движения зажимов 10 или 100 мм/мин (термопласты), 500 мм/мин(эластомеры).
Образцы термопластов имели прямоугольную форму, шириной 10 мм идлиной 60 мм. Образцы эластомеров представляют собой лопатки с длиной рабочегоучастка 20 мм и шириной 5 мм.Измерение вязкости. Кривые течения для термопластов были получены накомпьюторизованном автоматическом капиллярном реометре Gotech CR-6000-25 (GotechTesting Machines Inc, Тайвань) при 200ºС. Вязкость эластомеров оценивали на прибореRPA 2000 при 60ºС.57Глава 3. Анализ адекватности различных моделей определения свободнойповерхностной энергии (СПЭ) полимеров и наполнителей и значений межфазногонатяженияВ основе работы лежит идея о том, что межфазная граница в бинарных смесяхполимеров может быть усилена введением малого количества третьего компонента,который должен располагаться на границе раздела фаз и формировать тонкую оболочкувокруг дисперсной фазы (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
