Термодинамика смешения магнитонаполненных полимерных композитов : влияние межфазного взаимодействия на магнитные и механические свойства

• Автор: Петров, Антон Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 170 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПОЛИМЕРНЫЕ МИКРО- И НАНОКОМПОЗИТЫ
1.1 Классификация полимерных композитов и наполнителей
1.2 Факторы, влияющие на свойства полимерных композитов
1.2 Л Структура полимерных композитов
1.2.2 Межфазное взаимодействие в композитах
1.2.3. Методы оценки энергии адгезионного взаимодействия
1.3 Магнитные дисперсно-наполненные полимерные композиты
1.3.1 Магнитные характеристики магиитонаполненных композитов
1.3.2 Наполнители для магнитополимерных композитов
1.3.3 Свойства магнитных полимерных микро- и нанокомпозитов
1.3.3.1 Магнитомягкие полимерные микро- и нанокомпозиты
1.3.3.2 Магнитотвердые полимерные микро- и нанокомпозиты
1.4 Основные результаты главы
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования
2.2 Методы и методики исследования
ГЛАВА 3. МЕЖ ФАЗНАЯ АДГЕЗИЯ В КОМПОЗИТАХ НА ОСНОВЕ ЭЛАСТИЧНОЙ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ, ИХ МАГНИТНЫЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА..
3.1 Адгезионное взаимодействие в полимерных композитах на основе эластичной матрицы
3.2 Магнитные свойства магнитополимерных композитов, взаимосвязь с адгезионным взаимодействием
3.3 Механические свойства магнитных полимерных композиций, взаимосвязь с межфазным взаимодействием
3.4 Основные результаты главы
ГЛАВА 4. МАГНИТОНАПОЛНЕННЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ АКРИЛАТНОЙ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ
4.1. Межфазное взаимодействие в композитах на основе акрилатных полимеров.
4.2 Адсорбция акрилатных полимеров из растворов на поверхности наночастиц
никеля
4.3. Межфазное взаимодействие в акрилатных композитах, полученных в постоянном магнитном поле
4.4 Основные результаты главы
ГЛАВА 5. МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ НАНОЧАСТИЦ И ЕЁ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ
5.1. Взаимодействие наночастиц железа с растворителями и модификаторами
5.2 Влияние модификации поверхности наночастиц на межфазное взаимодействие в композитах
5.3 Влияние модификации поверхности наночастиц железа на механические свойства композитов
5.4 Магнитные свойства композитов на основе изопренового каучука, наполненного модифицированными наночастицами железа
5.5 Основные результаты главы
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Одним из актуальных направлений развития современных полимерных технологий является создание композитных материалов на основе микро- и наноразмерных частиц. Особое внимание уделяется магнитополимерным композитам, в которых дисперсные частицы магнитного материала равномерно распределены в полимерной матрице. Полимерные композиты на основе магнитотвердых частиц могут быть использованы для производства композиционных постоянных магнитов. Такие магнитонаполненные композиты имеют существенные преимущества по сравнению с традиционными магнитами, получаемыми спеканием, среди которых можно отметить высокую воспроизводимость и стабильность магнитных свойств, большой срок службы, возможность получать изделия сложной формы, хорошую механическую прочность. Выбор полимерной матрицы и магнитного наполнителя обусловлен функциональностью конечного материала. Если в качестве полимерной матрицы используется эластомер, то композиционный магнит будет обладать гибкостью и эластичностью, не свойственной спеченным магнитам. Такие магнитные композиты используются в акустических системах, реле, бесконтактных датчиках, электромашинах, медицинских приборах, периферийных устройствах компьютеров, мобильных телефонах, фотоаппаратах, кинокамерах. Магнитонаполненные полимерные композиты, содержащие магниюмя! кие часшцы, широко используются для производства магнитных экранов для абсорбции электромагнитного излучения различной частоты и покрытий для защиты приборов и датчиков, чувствительных к электромагнитному излучению.
Улучшение магнитных свойств как магнитотвердых, так и магнитомягких полимерных композитов достигается повышением доли магнитного порошка в композиции и применением порошков, обладающих лучшими магнитными характеристиками. Однако увеличение степени наполнения неизбежно приводит к ухудшению механических свойств композиции. В этой связи особое значение приобретают исследования межфазного взаимодействия полимера и магнитного наполнителя, которое обеспечивает механические свойства магнитных полимерных композитов. Кроме того, взаимодействие на межфазной границе может сказываться и на магнитных свойствах композитов. Оценка энергетики этого взаимодействия - сложная экспериментальная и теоретическая задача, требующая учета фазового и

Исследованию магнитных характеристик магнитомягких полимерных композитов посвящена наиболее значительная часть работ, так как именно наличие магнитных свойств делают этот класс композитов уникальным.
В работах [94-96] было исследовано влияние химического взаимодействия на межфазной границе на магнитные свойства магнитонаполненных полимерных нанокомпозитов. Композиты получали методом термического разложения формиатов металлов в расплаве полимера. Образующиеся в результате термолиза металлсодержащие наночастицы были химически связаны с полимерной матрицей посредством оксидов, карбидов или фторидов, которые образовывались на границе раздела наночастица/полимер. Характерный размер таких частиц составлял 3-5 нм, а магнитные свойства наночастиц в композите были лучше магнитных свойств массивного металла [94]. Однако сами магнитомягкие композиты обладали слабыми магнитными свойствами в силу малого содержания магнитного наполнителя.
Исследование композитов, наполненных наночастицами магнетита Ре304, показало [97], что намагниченность насыщения и остаточная намагниченность увеличиваются, а коэрцитивная сила композитов уменьшается с ростом содержания магнитных наночастиц в смешанной тройной полимерной матрице, состоящей из полипропилена, полимерного и олигомерного натурального каучука. Увеличенное значение коэрцитивной силы для образцов с низким содержанием наполнителя было объяснено тем, что полимерная матрица препятствовала выравниванию магнитных моментов частиц наполнителя. Таким образом, нанокомпозиты с более низким содержанием наполнителя было труднее размагнитить по сравнению с более высоконаполненными нанокомпозитами. Начальная магнитная восприимчивость и начальная проницаемость образцов увеличивались с увеличением количества наполнителя. Подобные результаты были получены и на других магнитополимерных композитах [98-100].
В работе [101] также наблюдали увеличение магнитной проницаемости и магнитных потерь с ростом содержания наночастиц кобальта в термопластичной матрице. Авторами было установлено, что покрытие наночастиц Со углеродной оболочкой в момент получения позволило при одной и той же степени наполнения получить более высокие значения магнитной проницаемости и снизить магнитные потери композита, вследствие более хорошего смачивания углеродной поверхности