Диссертация (1091842), страница 13
Текст из файла (страница 13)
На рисунке 3.2 (б) приведена зависимость контактногоугла от времени испарения капли воды.701(а)cosθ10,420,23450-0,2254055γ, мДж/м²70Контактный угол0,80,6(б)907015023031005001000 1500Время, с2000Рисунок 3.2 – Зависимости cosθ от поверхностного натяжения жидкостей (а) и величиныконтактного угла воды от времени испарения (б) для различных эластомеров: 1-БНКС40, 2-ПХП, 3- ХСПЭ, 4-СКН-26, 5-СКИ; 1 – СКИ, 2 – СКЭПТ, 3 – ББКНа рисунке 3.2(б) стрелками отмечены максимумы на экспериментальных кривых,которые соответствуют углам оттекания для исследуемых полимеров, по которымопределяли его среднее значение. Углы оттекания и натекания, а также значения СПЭ,найденные с их использованием по уравнению (1.39), приведены в таблицах 3.12 и 3.13.Величины СПЭ, рассчитанные с использованием углов натекания и оттеканияэтиленгликоля и ДМСО почти одинаковы, поэтому, в таблице 3.12 приведено их среднеезначение.
Для эластомеров были определены углы оттекания и натекания только дляводы. Результаты определения критического поверхностного натяжения приведены втаблицах 3.10 3.11. В этих же таблицах приведены значения СПЭ, найденные поуравнению Neumann'а (1.37), с использованием контактных углов для воды, ДМСО иэтиленгликоля (ЭГ).71Таблица3.10–ЗначенияСПЭ(мДж/м2)длятермопластов,полученныесиспользованием уравнения Neumann'а и метода Zisman'а (γкр, мДж/м2)ПолимерРасчеты по Neumann‘уγкр поZisman‗уРасчет дляРасчет дляводыДМСОРасчет для ЭГПЭВП3023,729,724,8ПП2824,928,024,4ПС4134,637,233,1ПММА4240,841,036,7ПК3834,341,033,6ПЭТФ4239,539,335,3ПА-124043,041,536,4ТПУ4141,741,038,3Таблица 3.11 - Значения СПЭ (мДж/м2) для эластомеров, полученные с использованиемуравнения Neumann'а и метода Zisman'а (γкр, мДж/м2)Полимерγкр поZisman‗уРасчеты по Neumann'уРасчет дляРасчет дляводыДМСОРасчет для ЭГСКИ3025,330,926,9СКД2723,725,822,0СКЭП2523,724,921,5СКЭПТ3023,131,025,7СКМС3127,432,628,1БК2624,324,522,4ХБК2831,028,927,6СЭВ-33-31,930,929,4ББК-27,228,026,2СКН-183028,031,427,1СКН-263740,240,636,872Продолжение таблицы 3.11ПолимерРасчеты по Neumann'уγкр поZisman‗уРасчет дляРасчет дляводыДМСОРасчет для ЭГБНКС-404247,643,340,7ХСПЭ3943,037,234,5ТПУ-43,538,738,3ПХП4039,239,938,3Таблица 3.12 – Значения углов натекания и оттекания (θi, град) капель различныхжидкостей и СПЭ (γ, мДж/м2) для термопластов, полученные по уравнению (1.39)ПолимерВодаθАθRθR*γЭГθАДМСОθRθАθRγПЭВП 101,4±4,2 88,4±2,7 81,3±1,8 26,0 71,9±2,1 64,2±2,2 59,4±1,5 40,1±1,4 30,1ПП103,7±4,1 80,4±3,1 81,5±1,5 22,0 73,4±2,3 66,1±2,7 60,4±1,7 38,0±1,4 29,9ПС88,9±3,0 73,9±2,8 70,5±1,5 34,0 56,8±3,2 42,7±1,8 45,5±1,4 25,7±1,3 35,0ПММА 80,3±2,1 60,3±2,1 60,6±1,1 37,3 51,5±2,4 39,6±1,6--37,3ПЭТФ-----37,2ПК80,2±2,5 37,0±3,9 42,9±1,7 33,6--87,6±3,1 68,2±4,1 64,7±1,2 32,8 49,8±2,1 31,5±1,8* Определено методом испарения капли73Таблица 3.13 – Значения углов натекания и оттекания (θi, град) воды и СПЭ (мДж/м2) дляэластомеров, полученные по уравнению (1.39),Полимерγ, мДж/м2θAθRθR*СКИ98,7±2,585,0±2,578,2±1,727,1СКД102,5±2,1 90,1±3,387,7±2,025,1СКЭПТ100,4±3,0 33,4±2,038,3±1,518,5СКМС95,8±2,4-27,678,2±1,8БК105,1±2,0 82,9±1,882,0±1,521,5ББК95,1±2,260,0±2,456,0±1,225,2БНКС-4064,5±5,048,1±3,2-48,1ХСПЭ71,0±2,260,7±2,8-45,5* Определено методом испарения каплиАнализируя полученные результаты, можно отметить, что использование воды иЭГ для расчета СПЭ малополярных полимеров по уравнению Neumann'а даетзаниженные результаты, тогда как значения, полученные с использованием ДМСО,хорошо согласуются с литературными данными (сравнить с данными таблиц 3.4 и 3.5).Использование метода Zisman'а, во всех случаях приводит к получению адекватныхзначений γкр .Из таблицы 3.11 видно, что значения СПЭ для ПЭВП и ПП, а также для СКИ-3,СКЭПТ, БК и СКМС рассчитанные с использованием углов натекания и оттекания воды,меньше чем найденные по ЭГ и ДМСО.
Для более полярных полимеров, таких как СКН40, ПММА и ХСПЭ, значения СПЭ по воде сопоставимы с полученными ранее и стабличными величинами (таблицы 3.4 и 3.5). Значения СПЭ, максимально близкие клитературным данным, были получены при использовании ДМСО. Поэтому, припроведении расчетов с использованием данного метода, решено выбирать жидкости сменьшей полярностью (в нашем случае ДМСО). Поскольку для эластомеров былиопределены значения углов натекания и оттекания только для воды, то СПЭ, полученныеэтим методом, использоваться в дальнейших расчетах не будут.
Расчеты межфазногонатяжения по методу Neumann'а будем проводить только с использованием значенийСПЭ, полученных методом Zisman'а и Neumann'а.743.2.Расчет параметров растворимости для полимеров.Как было отмечено в разделе 1.4, в литературе [67, 249] предложен способпрогнозирования морфологии тройных смесей полимеров на основе параметроврастворимости (δ). Авторы цитированных работ полагают, что такой подход позволяетизбежать трудностей, которые связаны с отсутствием данных по межфазнымнатяжениям (МН). Ниже, на примере ряда смесей термопластов и эластомеров, будетоценена адекватноть данного способа. Параметры растворимости, необходимые длярасчета МН, рассчитаны с использованием уравнения (1.16) [69, 70] и приведены втаблице 3.14. Здесь же приведены экспериментальные значения δэкс, заимствованные из[69].Таблица 3.14 – Значения параметров растворимости (δ) (кал1/2/см3/2) для полимеровТермопластыδδэксЭластомерыδδэксПЭВП8,37,8-8,4СКИ8,17,9-10,0ПП7,78,2-9,2СКЭПТ7,9-ПММА9,69,1-12,8СКД8,38,1-8,6ПС8,58,1-9,3СКМС8,7-ПБТ10,79,8-10,7ПХП9,28,2-9,3ПК10,3-СКН-269,3-ПА-1211,1-ХСПЭ8,9-СЭВ9,4-БНКС-4010,2-ТПУ11,0-СКН-188,7-ПЭО9,87,5-9,9БК9,227,8-8,13.3.Расчет СПЭ наполнителейНастоящий раздел посвящен определению свободной поверхностной энергииуглеродного волокна.
С целью оценки адекватности полученных значений СПЭ,аналогичные расчеты были проведены для стекловолокна (СВ), техуглерода (ТУ),графита и кварца, которые сравнивались с литературными данными. Для определения75контактного угла смачивания УВ был использован метод сидячей капли. У капли,помещенной на волокно, имеется два угла: один в месте непосредственного контактажидкости с волокном – контактный угол (θ), и угол больший по величине, такназываемый угол перегиба (θi). Из-за наличия такого перегиба определение контактногоугла методом касательной связано с большой погрешностью измерения.
Поэтому былиразработаны [197] полуэмпирические методы определения контактных углов жидкостейна волокнах с использованием микрофотографий этих капель. Имеется два основныхметода определения углов: 1. «Метод длины». 2. «Метод перегиба». Уравнения длярасчета приведены в разделе 1.11.2. Вычисления проводили с использованием обоихметодов.В ходе эксперимента на приборе ЛК-1 были получены фотографии капель ДМСО,этиленгликоля и воды на УВ и СВ, изображенные на рисунке 3.3, на котором указанытакже основные размеры капель, необходимые для расчета – длина, высота, контактныйугол капли.
Данные величины сведены в таблицу 3.15.76(а)(б)(в)(г)(д)Рисунок 3.3 – Оптические фотографии капель ДМСО (а, б), ЭГ (в) и воды (г, д) науглеродном волокне (а, в, г) и стекловолокне (б, д)77Таблица 3.15 – Характеристические размеры капель ДМСО, этиленгликоля и воды науглеродном волокне и стекловолокнеЖидкость dв, мкмХ1,мкмХ2, мкмL, мкмΘΘiУглеродное волокноДМСО6±0,2334,3±0,388,3±0,327,4±2,460,9±3,1ЭГ6±0,2341,0±0,3104,5±0,338,2±3,263,0±3,2Вода----94±3,5-СтекловолокноДМСО35±0,517,5297,0±0,5525,2±0,528,0±2,056,4±2,4Вода35±0,517,5318,1±0,6622,4±0,464,4±4,081,4±3,4Рассчитанные по уравнениям 1.42-1.46 и данным таблицы 3.15 значенияконтактного угла приведены в таблие 3.16. Данные методы расчета («метод длины» и«метод перегиба») не применимы к каплям, углы которых больше 90°, поэтому длякапли воды на УВ приведено только значение контактного угла, определенное методомкасательной, и дальнейшие вычисления для нее не проводились.Таблица 3.16 – Рассчитанные параметры капли ДМСО, ЭГ и воды на углеродномволокне и стекловолокнеЖидкостьnаΘΘ, «метод длины»Углеродное волокноДМСО11,430,8133,2±0,532,3±1,4ЭГ13,700,7042,7±0,743,7±1,9СтекловолокноДМСО22,50,9025,6±0,427,1±1,0Вода18,20,1070,1±0,768,4±1,6В результате расчетов на основе методов перегиба и длины с использованиемметода касательной были получены значения контактных углов ДМСО и ЭГ на УВ, атакже ДМСО и воды на СВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
