Физико-химические свойства и структурные особенности композитных материалов на основе эпоксидных смол, модифицированных углеродными тороидальными наночастицами

• Автор: Юдович, Вадим Михайлович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Определение композитов: матрица, наполнитель, модификатор
1.2Липы эпоксидных смол. Типы отвердителей
1.3. Основные виды и типы наполнителей
1.4. Модификаторы
1.5: Физико-химические и физико-механические характеристики эпоксикомпозитов
1.6. Элементы теории межмолекулярных взаимодействий
1.7. Некоторые положения инфракрасной спектроскопии:
1.8. Первапорация и другие мембранные свойства эпоксикомпозитов
ГЛАВА 2. СИНТЕЗ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИНАВОЛОЧНЫХ СМОЛ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ АСТРАЛЕНАМИ;
2.1. Постановка задач, выбор целей и объектов исследования
2.2. Методика приготовления эпоксикомпозитов на основе смолы D.E.N
2.3. Эффекты наномодификации эпоксикомпозитов
2.3.1. Результаты дифференциально-термического анализа
2.3.2. Электронные фотографии
2.3.3. Прочность
2.3.4. Первапорация
2.4. ИК-спектроскопическое исследование эффектов наномодификации
ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. Посторенние модели ВДВ-взаимодействий в исследуемых эпоксикомпозитах
3.1.1. Теоретическое рассмотрение взаимодействия электромагнитного поля с наночастицами различной топологии
3.1.2. Граница раздела и её роль в формировании эпоксидной матрицы
ГЛАВА 4. СИНТЕЗ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ УГЛЕРОДНЫМИ ЧАСТИЦАМИ
4.1. Некоторые аспекты общности и рамок применимости модели: экспериментальные исследования
4.1.1. Водопоглощение смолы ЭД
4.1.2. Модификация астраленами термопластичных сред
4.1.2.1. Приготовление образцов

4.1.2.2. Дифференциально-термический анализ мембран на основе ПФО
4.1.2.3. Прочность, первапорация на ПФО
4.1.3. Прочие углеродные наночастицы
4.1.3.1. ИК-спектроскопическое исследование эпоксикомпозитов модифицированных наночастицами графита
4.1.3.2. ИК-спектроскопическое исследование эпоксикомпозитов модифицированных углеродными нанотрубками («Таунит»)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Физико-химические исследования новых функциональных материалов направлены на развитие фундаментальных основ методов их получения, а также различных аспектов анализа свойств материалов, включая эксплуатационные характеристики. Фундаментальные и прикладные работы последних лет во многом связаны с задачами модификации физикохимических свойств за счет введения наномодификаторов, среди которых одно из центральных мест занимают углеродные нанокластеры. В частности, включение углеродных наноструктур фуллероидного типа в мембранные материалы приводит к существенному измененйю физико-механических, транспортных и селективных характеристик [1]. В представленной диссертационной работе рассматриваются аналогичные задачи, связанные с модификацией материалов на основе эпоксидных смол. В работе в качестве модификаторов были применены новые углеродные наноструктуры фуллероидного типа, тороидальные наночастицы - астралены.
Выбор в качестве объекта исследования эпоксикомпозитов (ЭПК) связан с их широким применением в промышленности (судостроении, автомобильной промышленности, авиационном машиностроении) [2, 3]. Основные конструкционные ЭПК - это композиты на основе эпоксиноволачных связующих, обладающие высокой адгезией к армирующим волокнам, малой усадкой и когезионной прочностью в отвержденном состоянии. Применение мономеров и олигомеров с разветвленными функциональными группами обеспечивает развитую сшивку связующих, теплостойкость полимерных композиционных материалов (ПКМ) [4, 5]. В то же время при густой сшивке увеличивается хрупкость матрицы, что, в частности, приводит к развитию трещин в слоистых армированных пластиках. В литературе указывается, что именно развитие трещин в полимерной матрице является первичной формой разрушения ПКМ [6]. Таким образом, представляется актуальными физико-химические решения, направленные на повышение уровня пластической деформации эпоксидной матрицы, прочностных и других эксплуатационных и функциональных характеристик. Также значимыми и актуальными являются задачи оптимизации состава и надмолекулярной структурой эпоксидных матриц, также связанные с улучшением их физико-механических характеристик. В фундаментальном отношении актуальность диссертации также связана с установлением роли и влияния углеродных наномодификаторов тороидальной топологии на физико-химические свойства нанокомпозитов [7].
Целью диссертации являлось развитие научных представлений о влиянии модификаторов - углеродных частиц различной топологии

(например, возврат вытянутой молекулы к морфологии пачки). При нагревании этот процесс ускоряется. Полного восстановления исходного размера не происходит вследствие развития при растяжении необратимых пластических деформаций. Отметим, что и это явление используется в полимерной практике, например, при производстве так называемых термоусаживающихся пленок или изделий (трубки, герметизирующие рукава, упаковка, кольца, втулки).
В аморфных полимерах также могут наблюдаться ориентационные эффекты, но, как правило, в меньшем объеме. Поэтому, на диаграмме растяжения аморфных полимеров участок активной деформации заканчивается точками с или б, в которых и происходит разрушение.
Способность аморфных полимеров-к большим деформациям принято называть вынужденной эластичностью, а сами деформации - вынужденноэластическими [36]. Слово «вынужденно» подчеркивает способность аморфного полимера после снятия деформирующей нагрузки в большей или меньшей степени восстанавливать исходную конфигурацию образца. Скорость этого релаксационного процесса возрастает при нагреве.
Из приведенного анализа видно, что, в принципе, и кристаллические и аморфные полимеры деформируются по сходным физическим механизмам, степень проявления которых определяется физико-химическими особенностями полимерных материалов. Заметим' что в прикладном плане это определяет практическую невозможность установления только по испытаниям на растяжение того, с каким полимером аморфным или кристаллическим мы имеем дело. Исключение составляют лишь жесткие, малодеформативные в стеклообразном состоянии, непластифицированные и немодифицированные полимерные материалы, а именно ПС, ПК, ЭС, ФФП, АФП. Отметим, что прочность полимерных материалов, то есть разрушающее напряжение при растяжении (егД определяют по соотношению
где АТпч - наибольшее усилие, приложенное к образцу в момент его разрушения; £ - площадь сечения рабочей части образца, замеренная до проведения испытания.
Иногда можно встретить величину, называемую по аналогии с металлами, пределом текучести полимерных материалов (а„,). Она определяется соотношением
где Ыт - усилие образования «горба».