Диссертация (1141499), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Гранулированный материал разогревался при сомкнутыхплитах до температуры 145°С. При достижении указанной температуры материалв течение 10 минут выдерживали под давлением 120 кгс/см2 при постоянномзначении температуры. Последующее охлаждение проводилось при сомкнутыхплитах до температуры 50°С. Полученные таблетки в дальнейшем применялисьдля термомеханического анализа. Образцы размером 4×4×6 мм, предназначенныедляиспытанийнасжатиеирелаксациюнапряжения,вырубалисьизспрессованных таблеток.3.2.
Получение композиций на основе АБС-пластика3.2.1. Приготовление полимерных смесей на основе АБС-пластика и ПВХСмеси вторичного АБС-пластика (рисунок 3.1) с ПВХ (рисунок 3.2)готовились из совместного раствора в ацетоне. Прессования смеси проводили при~ 200-220°С и давлении 400 МПа. Из полученных заготовок вырезалисьмикрообразцы 4×4×6 мм для испытаний прочностных и релаксационных свойств.Для исследования на истираемость прессовались образцы в специальнойпрессформе размером 100×100×8 мм.55Рисунок 3.1 – Вторичный АБС-пластикРисунок 3.2 – Поливинилхлорид3.2.2. Приготовление полимерных смесей на основе АБС-пластика и СКЭПТСмешение резиновой крошки на основе отвержденного СКЭПТ и вторичногоАБС-пластика готовили толуоле.
Прессование проводили при 200°С и давлении41.5 МПа. Из полученных заготовок вырезались микрообразцы 4×4×6 мм дляиспытаний прочностных и релаксационных свойств.563.2.3. Приготовление полимерных смесей на основе АБС-пластика иПЭВДСмесь ПЭ и вторичного АБС-пластика помещали в ацетон, в котором АБСпластик растворялся. Прессование проводили при 200°С и давление 41.5 Мпа. Изполученных заготовок вырезались микрообразцы 4×4×6 мм для испытанийпрочностных и релаксационных свойств.57ГЛАВА 4.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ4.1. Свойства наномодифицированных композитов ПЭ, содержащихуглеродные наполнителиВ работах [24,40,119,134,139,140, 166,173,185,206,226] было отмечено, чтовведение углеродных нанонаполнителей в полимерную матрицу приводит кулучшению некоторых свойств полученных наномодифицированных композитов.В работах [108,109,151,152] было исследовано, как нанонаполнители влияют нажесткость,механическуюработоспособностьирелаксационныесвойствананомодифицированных композитов на основе ПЭ.На основе исходного ПЭНД были получены композиционные материалы сиспользованиемнановолокон.различныхвидовКонцентрациянанонаполнителейнанонаполнителей,–вводимыхнанотрубоквиполиэтилен,варьировалась от 0,05 до 0,2 мас.%. Подобные значения концентраций выбранына основании литературных данных [24,40,119,134,139,140,166,173,185,206,226].Кроме того, для сравнения влияния различных углеродных структур надеформационные свойства ПЭНД, были получены образцы, наполненныетехническим углеродом (сажей) в концентрации 2 мас.% (содержание сажи 2-2,5мас.% в материалах, используемых для производства напорных труб и другихдеталей, регламентировано стандартами ГОСТ и ISO).Также были исследованы образцы, содержащие низкомолекулярныймодификатор"Лапроксид301Г"(ЛС),использующийсядляоблегчениятехнологии получения наномодифицированных композитов и для улучшениясовместимостиполимернойматрицыинаполнителя.Концентрациямодификатора в образцах, наполненных углеродными нанотрубками (УНТ1 иУНТ2), варьировалась от 0,5 до 1 мас.
%. Модифицированные образцы были58получены двумя различными способами – с применением ультразвуковогодиспергатора (УЗ) и без него.4.1.1.Предельные механические свойства наномодифицированныхкомпозитовВ работе [108] были изучены предельные механические свойствананомодифицированных композитов на основе ПЭ. Для полученных образцовбыли проведены измерения кривых сжатия при комнатной температуре и по нимрассчитаны модули упругости, а также определены пределы вынужденнойэластичности. Образцы исходного полиэтилена, не содержащего наполнителей,обладают сравнительно низким модулем упругости, равным 310 МПа.
Модульупругости образца исходного ПЭ, наполненного 0,1 мас. % УНТ1, равен 685 МПа.Несколько меньшими модулями обладают образцы, наполненные УНТ2 и УНВ, вкоторых содержание наполнителя составляет 0,1 мас. %. Следовательно, образцынаномодифицированныхкомпозитов,наполненныхнанотрубкамиинановолокнами, а также сажей, обладают существенно большим модулемупругости, чем исходный ПЭНД.Предел вынужденной эластичности ζу возрастает на величину от 20 до50% в зависимости от вида и концентрации наполнителя.
Однако ζу дляисходного ПЭНД всегда меньше, чем для наномодифицированных композитов.Зависимостимодуляупругостиотсодержаниянаполнителявнанокомпозитах имеют максимумы (рисунок 4.1); максимум проявляется при 0,1мас. % любого наполнителя.59Рисунок 4.1 – Зависимость модуля упругости E композитов от концентрациинанонаполнителяЗависимости предела вынужденной эластичности ζу от содержаниянанонаполнителя имеют несколько иной характер (рисунок 4.2). Эта зависимостьне проявляет максимума, но при концентрации нанонаполнителя >0.1 % скоростьроста ζу замедляется.Рисунок 4.2 – Зависимость предела вынужденной эластичности ζу композитов отсодержания нанонаполнителяДостижение самого высокого модуля упругости и предела вынужденнойэластичности связано с тем обстоятельством, что наполнитель УНТ1 имеет60наиболее развитую удельную поверхность, равную 1308 м2/г.
Наполнитель УНТ2имеет существенно меньшую удельную поверхность, равную 277 м2/г.Проанализировано влияние Лапроксида 301Г на модуль упругости и пределвынужденной эластичности. Испытывали образцы, наполненные нанотрубкамиУНТ1 и УНТ2. На диаграммах (рисунки 4.3 и 4.4) показаны величины модуляупругости при различном содержании Лапроксида 301Г, при этом модификатор инаполнитель вводились в ПЭ с использованием УЗ-диспергатора и без него.Рисунок 4.3 – Зависимость модуляРисунок 4.4 – Зависимость модуляупругости композита, наполненногоупругости композита,УНТ1, от концентрации Лапроксиданаполненного УНТ2, от301Гконцентрации Лапроксида 301ГМодификатор не приводит к повышению модуля упругости и пределавынужденной эластичности, но его присутствие желательно для обеспеченияболее однородного смешения с нанотрубками.В итоге можно заключить, что наполнение ПЭНД наночастицами приводитк двукратному увеличению модуля упругости, и несколько повышает пределвынужденной эластичности.614.1.2.
Исследование релаксационных свойств наномодифицированныхкомпозитовВработах[109,151,152]наномодифицированныхбыликомпозитовизученынаосноверелаксационныеПЭ.свойстваТемпературныйидеформационный интервалы измерений изложены выше (п.2.2.2.1).Аппроксимациякривыхрелаксациинапряженияосуществляласьспомощью уравнения Больцмана (1.1) с использованием ядер релаксации Т1(η) –(2.4) и Т2(η) – (2.6). Аппроксимация проводилась с помощью специальнонаписанной компьютерной программы, которая позволяет в автоматическомрежиме не только определять параметры ядер релаксации Т1(η) – (2.4) и Т2(η) –(2.6), но также строить экспериментальные и расчетные кривые релаксациинапряжения.На рисунке 4.5 показаны результаты аппроксимации образцов исходногоПЭ.Рисунок 4.5 – Аппроксимация кривых релаксации напряжения для образцовисходного ПЭОпределены параметры ядер релаксации – (2.4), Т2(η) – (2.6) икоэффициентыкорреляции.Расчетыпоказали,чтоконстантаскорости62взаимодействия релаксаторов k для ПЭ составляет 0,01 мин-1, а порядок реакции,т.е.
число релаксаторов, участвующих в активном соударении, n равно 2,67. Прииспользовании ядра релаксации Т1(η) коэффициент корреляции равен 0,99, а прииспользовании ядра Т2(η) – 0,95.Нами было получено, что для всех исследованных нанокомпозитовкоэффициенты корреляции при использовании ядра Т1(η) в уравнении Больцманавсегда выше, чем при использовании ядра Т2(η). В первом случае они находятся винтервале от 0,987 до 0,992, а во втором – в интервале от 0,948 до 0,965. Подобнаяразница в коэффициентах корреляции свидетельствует о том, что лимитирующейстадией процесса релаксации напряжения для исследованных материаловявляется скорость взаимодействия релаксаторов, а не скорость диффузиикинетических единиц.Нарисунке4.6показанырезультатыаппроксимациидлянаномодифицированных композитов на основе ПЭ, наполненного нанотрубкамиУНТ1 (удельная поверхность 1308 м2/г) при концентрации последних от 0,05 до0,2 мас.%.Введение нанотрубок в ПЭ не изменяет константу скорости взаимодействиярелаксаторовВеличинаk.А,пропорциональнаячислу неоднородностей(релаксаторов) практически не изменяется для всех исследованных образцов,принимая значения от 3,05·1024 до 5,23·1024Дж·кг·град/м3.Однако, длянаполненных образцов величина А всегда несколько меньше, чем для исходногоПЭНД, что при неизменной энтропии исходных образцов говорит о том, чтонаполненныеобразцыхарактеризуютсянесколькоменьшимколичествомнеоднородностей.Основной вывод состоит в том, релаксационные кривые на всем ихпротяжении, начиная от начального напряжения и кончая квазиравновеснымнапряжением,всегданенаполненного ПЭ.лежатвышеаналогичнойкривойисходного,63Рисунок 4.6 – Аппроксимация кривых релаксации напряжений для образцов ПЭ,наполненных УНТ1 в различной концентрации: а - 0,05%мас., б - 0,1%мас., в 0,2%мас.
УНТ1Нарисунке4.7а-впоказанырезультатыаппроксимациинаномодифицированных композитов на основе ПЭ и наночастиц (УНТ1 0,1 мас.%)с модификатором (ЛС), причем концентрация модификатора изменялась от 0,5 до641 мас.%. Кроме того, для улучшения распределения наночастиц производиласьультразвуковая обработка композиции, содержащей 0,1% УНТ1и 1% ЛС (рисунок4.7в).Рисунок 4.7 – Аппроксимация для композитов на основе ПЭ , УНТ1 и Лапроксида:а - ПЭ+УНТ1 0,1%+ЛС 0,5%, б - ПЭ+УНТ1 0,1%+ЛС 1%,в - ПЭ+УНТ1 0,1%+ЛС 1% УЗ65Заметим, что для композиции ПЭ+УНТ1 0,1%+ЛС 1% УЗ количествоактивных соударений релаксаторов n = 4,33, что выше, чем для всех остальныхобразцов.
Это говорит о том, что в данном образце для протекания элементарногоактавзаимодействиянужноактивноесоударениебольшегоколичестварелаксаторов, что может привести к замедлению релаксационных процессов.Начальное и квазиравновесное напряжения для модифицированных образцовтакже существенно выше, чем для исходного ПЭ, однако эти величиныуменьшаются по сравнению с наполнением УНТ1 немодифицированной матрицы.Для исследования влияния сажи на релаксацию напряжения композитовпроведеносравнениерелаксационногоповеденияобразцов,содержащихнанотрубки УНТ и сажу. Результаты аппроксимации кривых релаксациинапряжений данных образцов показаны на рисунке 4.8 а-в, а также на рисунке4.6 б.Значения параметра n для всех видов наномодифицированных композитовсоставляет 3,5, однако, при наполнении сажей этот параметр равен 3,0. Значениянапряжений (начального и квазиравновесного) исследованных партий почти в 2раза выше, чем для исходного ПЭ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
