Повышение физико-механических свойств частично кристаллических полимеров путем структурной модификации с использованием углеродного наполнителя

• Автор: Зверев, Михаил Алексеевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 169 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СТРУКТУРА, ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ЧАСТИЧНО КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИНЕЙНЫХ ПОЛИМЕРОВ

1.1. Строение и структура полимеров. Общая характеристика

1.2. Способы описания релаксационных процессов в полимерах :

1.3. Свойства некоторых полимеров конструкционного и антифрикционного назначения

1.3.1. Полифениленсульфиды

1.3.2. Ароматические полиимиды

1.3.3. Фторсодержащие гомополимеры

1.4. Особенности модифицирования структуры кристаллизующихся полимеров

1.5. Влияние структурной модификации на физико-механические свойства композитов

1.6. Постановка цели и задач исследования
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ
2.1. Объекты исследования
2.2. Структурные исследования материалов
2.2.1. Рентгеноструктурный анализ
2.2.2. Гидростатический метод определения плотности
2.2.3. Электронная микроскопия
2.2.4. Исследование вязкоупругих свойств
2.2.5. Исследование механических свойств
3. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИХ
КОМПОЗИТОВ
3.1. Электронно-микроскопический анализ надмолекулярной
структуры композитов
3.2. Рентгеноструктурные исследования композитов
3.3. Исследование плотности композитов
3.4. Выводы по структурным исследованиям композитов
4. ФИЗИКО-МЕХАИИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ
4.1. Вязкоупругие свойства композитов
4.2. Механические свойства композитов
4.3. Прогнозирование физико-механических свойств композитов
4.3.1. Методы прогнозирования физико-механических свойств
4.3.2. Оценка уровня адгезионного взаимодействия в углеродосодержащих композитах
4.4. Сравнительный анализ результатов исследования композитов
4.5. Рекомендации по регулированию физико-механических свойств композитов на основе ПТФЭ и ПФС
4.6. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Список использованных сокращений
ПКМ - полимерные композиционные материалы ПТФЭ - политетрафторэтилен ПФС - полифениленсульфид
БЗФ - полиимид основе ангидрида бензофенонтетракарбоновой кислоты и
ПКМ - полимерные композиционные материалы ПТФЭ - политетрафторэтилен ПФС - полифениленсульфид
диаминдифенилового эфира СКГ - скрытокристаллический графит УВ - углеродное волокно СВ - стеклянное волокно СИ - синхротронное излучение

ВВЕДЕНИЕ
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) в последнее время находят все более широкое применение в промышленности в силу специфичности своих свойств. Большая группа композитов на основе частично кристаллических полимеров широко используется в качестве антифрикционных и конструкционных материалов. Так, например, полимеры, прочность которых сравнима с металлами, используются в качестве деталей машин, подвергающихся большим механическим нагрузкам. Кроме того, определенный класс полимеров отличается высокой термической и химической стойкостью.
На существенное изменение эксплуатационных характеристик полимерных композитов влияет наполнение полимерной матрицы наполнителями различного типа. Это позволяет целенаправленно изменять физикомеханические свойства исходных полимеров. Поэтому изучение процессов модификации структуры полимеров под воздействием наполнителей-модификаторов и их влияния на свойства материала имеет важное научное и практическое значение. При этом качественное конструирование устройств невозможно без знания основных физико-механических свойств материалов в широком температурном интервале. Кроме того, получение новых композиционных материалов с улучшенными свойствами возможно только при условии комплексного исследования структуры и свойств композитов. Взаимодействие наполнителей-модификаторов с матрицей полимера носит сложный характер и объясняет полуэмпирический подход при разработке новых композиционных материалов.
Таким образом, сочетание экспериментальных исследований с научно обоснованным подходом к прогнозированию свойств полимерных композитов, позволяет создавать новые материалы с высокими заранее заданными свойствами.
В настоящее время широкое распространение среди полимерных композитов получили частично кристаллические полимеры различной химиче-

пературой обработки, морфологией матрицы полимера и некоторыми другими свойствами.
Существует точка зрения [157], что в качестве зародышей кристаллизации выступают не сами волокна, а отдельные активные точки на поверхности УВ. По всей видимости, более активными могут выступать концы волокон из-за «краевого эффекта», который связан с концентрацией напряжения вблизи концов ВОЛОКОН.
Влияние углеродного волокна на структуру ПТФЭ мало изучено. Существуют лишь отдельные работы. В работе [116] дано возможное объяснение влияние углеродного волокна на надмолекулярную структуру ПТФЭ. На основании данных, полученных на промышленных композиционных материалах, авторы делают предположение о влиянии волокна на аморфную область матрицы, что приводит к некоторому нарушению упорядоченности. Это приводит к увеличению кристаллической части аморфной составляющей матрицы по сравнению с аморфной. Вследствие этого повышается степень кристалличности полимера при малых концентрациях волокна. Также установлено, что при увеличении концентрации волокна в матрице обнаруживаются микрополости, вследствие затруднения при перемешивании. Очевидно, что это может ухудшить физико-механические характеристики.
Для политетрафторэтилена можно также отметить лишь отдельные работы, посвященные влиянию дисперсных наполнителей на структуру. В работах [116, 152, 184-186] изучалась структурные изменения в мало наполненном ПТФЭ. Изучался политетрафторэтилен, содержащий наполнители: кокс, дисульфид молибдена, сиалон и некоторые другие. В работах [152, 185, 186] изучался ПТФЭ, наполненный сиалоном. Наблюдались не свойственные политетрафторэтилену сферолиты различной формы. Похожие изменения надмолекулярной структуры были обнаружены при наполнении ПТФЭ коксом в работе [184]. Дисперсный молибден оказывает заметное влияние на структурообразующие процессы, значительно увеличивая степень кристалличности [143]. По мнению авторов, данный наполнитель измельчает разме-