Структура, свойства и механизмы усиления полимерных нанокомпозитов

• Автор: Маламатов, Ахмед Харабиевич
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 297 с. : ил.

Глава 1. Литературный обзор
1.1. Основные теоретические концепции
1.1.1. Фрактальный анализ
1.1.2. Синергетика твердого тела
1.1.3. Кластерная модель структуры аморфного состояния
полимеров
1.1.4. Аномальная диффузия
1.2. Структура и свойства нанокомпозитов
1.2.1. Нанокомпозиты с микродобавками ультрадисперсных
частиц
1.2.2. Нанокомпозиты полимер/органоглина
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Материалы и методики приготовления образцов
2.2. Измерения плотности
2.3. Рентгеноструктурный анализ
2.4. Измерения ДСК
2.5. Измерения газопроницаемости
2.6. ИК-спектроскопия
2.7. Измерения показателя текучести расплава
2.8. Термогравиметрический анализ (ТГА)
2.9. Испытания на квазистатическое деформирование
2.10. Методики ударных испытаний
2.11. Электронная микроскопия
2.12. Стойкость к растрескиванию под напряжением
2.13. Компьютерное моделирование структуры нанокомпозитов полимер/органоглина
2.14. Оценка погрешности измерений и статистическая обработка данных
Глава 3. Структура и свойства нанокомпозитов на основе ПЭВП с
микродобавками высокодисперсной смеси Fe/FeO
3.1. Особенности структуры нанокомпозитов ПЭВП+Z

3.2. Фрактальная механика аморфно-кристаллических полимерных материалов
3.2.1. Упругие свойства
3.2.2. Молекулярная подвижность
3.2.3. Поведение аморфно-кристаллических материалов при квазистатическом растяжении
3.2.4. Свойства полимерных аморфно-кристаллических материалов при ударном нагружении
3.2.5. Свойства расплава и кристаллизация нанокомпозитов nЭBn+Z
3.2.6. Термические свойства нанокомпозитов ПЭВП+г
3.2.7. Стойкость к растрескиванию в активных средах нанокомпозитов ПЭВП+г
Глава 4. Полимер-полимерные нанокомпозиты
4.1. Фрактальная модель кристаллизации полимер-полимер-ных нанокомпозитов
4.2. Вязкость расплава нанокомпозитов ПЭВП-ЭП
4.3. Механические свойства нанокомпозитов ПЭВП-ЭП
4.4. Диффузионные характеристики нанокомпозитов ПЭВП-ЭП
Глава 5. Нанокомпозиты полимер/органоглина
5.1. Формирование структуры нанокомпозитов
5.2. Механизмы усиления полимерных нанокомпозитов
5.3. Текучесть и холодное течение нанокомпозитов на основе полипропилена
5.4. Анализ разрушения нанокомпозитов
Выводы
Литература
Приложения

Актуальность работы. К наноматериалам относятся материалы, содержащие структурные элементы, которые хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками. Новейшие нанотехнологии наряду с компьютерно-информационными технологиями и биотехнологиями являются фундаментом научно-технической революции в XXI веке, сравнимой и даже превосходящей по своим масштабам с преобразованиями в технике и обществе, вызванными крупнейшими научными открытиями XX века. Полимерные нанокомпозиты в полной мере отвечают этим требованиям и в настоящее время начинается их широкое применение в различных областях техники, например, автомобилестроении. Тем не менее, теоретические аспекты структуры и зависящих от ее состояния свойств этих наноматериалов разработаны гораздо слабее, чем практические методы их получения. Применение новейших физических концепций для исследования структуры и свойств этих структурно-сложных полимерных материалов позволит разработать как оптимальные технологии их получения, так и определить предельно достижимые свойства этих нанокомпозитов.
Цель настоящей работы заключается в теоретическом исследовании структуры и свойств трех классов полимерных нанокомпозитов, позволяющем получить количественные соотношения между ними, что является основной задачей физики полимеров вообще. Для достижения этой цели использованы современные физические концепции - синергетика твердого тела, фрактальный анализ, кластерная модель структуры аморфного состояния полимеров, теория перколяции и модели необратимой агрегации. Для подтверждения теоретически полученных результатов были задействованы современные экспериментальные методы - компьютерное моделирование,

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Используемые в настоящей работе экспериментальные методики позволяют исследование нанокомпозитов в различных аспектах. Так, структурные характеристики можно оценить с помощью измерений плотности, газопроницаемости, рентгеноструктурного анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии и электронной микроскопии; термические свойства (сопротивляемость деструкции) - с помощью термогравиметрического анализа (ТГА) и ИК-спектроскопии; реологические - посредством измерений показателя текучести расплава (ПТР) и механические - с помощью квазистатиче-ского растяжения, ударных испытаний по методике Шарли и испытаний на растрескивание образцов в активных средах. Кроме того, было выполнено компьютерное моделирование пластин силиката (нанонаполнителя) и меж-фазного слоя, формируемого полимером на этих пластинах. Применение такого комплекса экспериментальных методик позволяет достаточно достоверно объяснить наблюдаемое поведение исследуемых нанокомпозитов.
2.1. Материалы и методики приготовления образцов
Использован промышленный газофазный полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) марки 273 (ГОСТ 16 338-85) со средневесовой молкулярной массой Ми «1,50 • 105 и шириной молекулярно-массового распределения / Мп «15.
Высокодисперсная смесь Бе и Ге0(2) получена из оксалатов железа, выпускаемых отечественной промышленностью, ГОСТ 11090-75. Разработанная технология стабилизации включала следующие стадии:
1) дегидратацию солей и их смесей проводили в обычном химическом реакторе из антикоррозионного материала с тихоходной мешалкой (п = 20 ч- 30 об/мин) в атмосфере азота при 473 ч- 493 К в течение 1 ч- 2 час. (до 5 ч- 10 % остаточной кристаллизационной воды) и охлаждали до комнатной температуры;