Метод измерения параметров структуры многокомпонентных полимерных материалов на основе спектров текстуры

• Автор: Абраменко, Егор Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕРШЕ
Глава 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1.1. Многокомпонентные полимерные материалы как

электроизоляционная составляющая электротехнических устройств. Полиэтилен для электроэнергетических и электрофизических установок

1.2. Структура и свойства наполненного полиэтилена

1.3. Современные методы исследования структуры многокомпонентных полимерных материалов

1.4. Прямые методы изучения структуры наполненного полиэтилена

1.5. Методы измерения параметров структуры для решения прикладных задач

1.6. Постановка задачи исследования

Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

СТРУКТУР НАПОЛНЕННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА
2.1. Объекты исследования. Получение микроскопических снимков
2.2 Измерение параметров структуры наполненного полиэтилена с применением текстурного и фрактального подходов по матрице микроскопического снимка
2.3 Геометрические характеристики изучаемых объектов
2.4 Применение формализованного математического подхода для исследования структуры наполненного полиэтилена
2.5 Разработка метода измерения параметров по текстурной карте микроскопического снимка
2.6. Физическая основа разработанного метода. Подбор параметров для выделения текстурной карты

2.7 Экспериментальные измерения характеристик наполненного полиэтилена. Статистическая обработка результатов измерения
2.8 Оценка достоверности разработанного метода
2.9 Виртуальный прибор
Глава 3. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ «СТРУКТУРА - СВОЙСТВА» В НАПОЛНЕННОМ ПОЛИЭТИЛЕНЕ
3.1 Изучение свойств полиэтилена с наноразмерными компонентами
3.2. Изучение свойств ПЭВД с высокой концентрацией наполнителя
3.3 Изучение взаимосвязи структурного параметра Гг и температуры стеклования
3.4 Применение структурного параметра для изучения' деформации
растяжения наполненного полиэтилена
Глава 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ НА ОСНОВЕ МНОГОМЕРНОГО АНАЛИЗА ДАННЫХ
4.1 Выбор метода многомерного анализа данных для изучения взаимосвязи «структура- свойства» в наполненном полиэтилене
4.2 Применение метода математической обработки экспериментальных результатов для оценки электрической прочности электроизоляционных
многокомпонентных полимерных материалов
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
В современных условиях среди твердых диэлектриков хорошо зарекомендовали себя в качестве изоляции в высоковольтных электрофизических установках многокомпонентные полимерные материалы. Регулирование их характеристик в условиях ужесточения прикладываемых нагрузок достигается, в том числе применением наполнителей с различными свойствами, спектр которых постоянно расширяется. Наряду с традиционными наполнителями, где эффект обусловлен непосредственно их характеристиками, стали применяться наноразмерные наполнители, которые из-за своей повышенной активности существенно меняют весь комплекс свойств многокомпонентного полимерного материала (электрическую прочность, диэлектрическую проницаемость, температуру плавления и т.д.)
Создание электроизоляционных многокомпонентных полимерных материалов с определённым набором характеристик требует исследования структуры и анализа ее взаимосвязи со свойствами. Это позволяет оценить работоспособность материала до экспериментальной проверки. Для изучения взаимосвязи «структура - свойства» применяются различные методы исследования структуры и обработки экспериментальных результатов, направленные на выявление новых закономерностей формирования свойств. Однако задача осложняется тем, что взаимосвязь «структура - свойства» в многокомпонентных материалах имеет нелинейный характер.
Повышению эффективности работ по созданию новых материалов препятствует недостаточно развитый инструментарий для изучения структуры, особенно допускающий ее количественную оценку. Среди широко апробированных экспериментальных методов особый интерес представляют микроскопические методы исследования в силу своей доступности и удобства работы с полученной информацией.
для электропроводящих полимерных материалов дало иной результат. Значение фрактальной размерности позволили не только разделить по образцы по типу наполнителя, но и провести разделение по его концентрации.
Полученные результаты позволяют полагать, что для малых концентраций или равномерно распределённых структур, не являющимися пространственными фракталами, применение фрактальной размерности не позволяет изучать взаимосвязи «структура — свойства».
Можно полагать, что это связано со следующим: основная
характеристика фракталов - фрактальная размерность [33, 49, 87], имеет прямую зависимость от сложности сформированного рельефа. Так, например, фрактальная размерность окружности равна 1. Для материалов с малым содержанием частиц наполнителя, где каждую частицу можно условно принять за окружность, значение фрактальной размерности от объекта к объекту будет отличаться незначительно. Рельеф, создаваемый частицами, становиться более сложным в том случае, когда их количество возрастает и вступают в силу законы агломерации наполнителя. Слипание частиц, особенно образование разветвленных цепочек, определяющим образом сказывается на фрактальной размерности.
В структуре низконаполненного и средненаполненного полиэтилена (доля частиц наполнителя не превышает 40%) не происходит образование сколько-нибудь заметных разветвлений, как в электропроводящих структурах, в полимерной матрице не образуются цепочки из частиц наполнителя. При выделении таких цепочек на изображении, становится возможным подсчитать фрактальную размерность, причем в зависимости от концентрации и типа наполнителя данный параметр будет различен и позволит охарактеризовать каждый микроскопический снимок структуры.
Кроме того при подсчёте значения любой фрактальной размерности большое влияние оказывает выбранный шаг (размер окна), с помощью которого совершается обсчет изображения. Так, например, фрактальная