Физико-механические свойства полипропиленовых пленочных нитей с углеродными наполнителями

• Автор: Баланев, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.19.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 262 с. : ил.

Содержание

Обозначения и сокращения.

Введение
Глава 1. Особенности структуры и физикомеханических свойств текстильных композиционных материалов на основе полипропилена с углеродными наполнителями.
1.1 Особенности структуры и механических свойств полипропилена и волокон, нитей и пленок на его основе.

1.1.1 Молекулярное строение полипропилена

1.1.2 Надмолекулярное строение изотактичсского полипропилена.

1Л .3 Надмолекулярное строение ориентированных структур полипропилена

1.1.4 Прочностные, деформационные и упругорелаксационные свойства

полипропиленовых нитей, волокон и плнок.

1Л .5 Диэлектрические свойства полипропилена.

1.2 Электропроводящие углеродные наполнители
1.2Л Технический углерод.
1.2.2 Углеродные нановолокпа.
1.2.3 Углеродные нанотрубки
1.3 Основные способы изготовления текстильных композиционных материалов
1.4 Электрическое сопротивление текстильных композиционных материалов на основе полипропилена с углеродными наполнителями.
1.4.1 Теоретическое описание и моделирование электропроводящих свойств наполненных полимерных материалов.
1.4.2 Электрическое сопротивление текстильных композиционных материалов, наполненных техническим углеродом.
1.4.3 Углеродные нановолокна в качестве электропроводящего наполнителя
1.4.4 Влияние углеродных нанотрубок на электропроводность полипропиленовых композиционных волокон и блочных образцов
1.5 Механические свойства полипропиленовых волокон и нитей с углеродными наполнителями
1.5.1 Изменение механических свойств полипропилена вследствие введения технического углерода.
1.5.2 Влияние углеродных нановолокон на механические свойства полипропиленовых волокон и нитей
1.5.3 Многостенные нанотрубки в качестве армирующего наполнителя.
Цели и задачи исследования.
Глава 2. Объекты исследования, методы их изготовления и испытаний
2.1 Изготовление образцов и исходные материалы.
2.1.1 Исходи ы е материалы.
2.1.2 Методы изготовления образцов.
2.2 Методы оценки проводящих свойств образцов
2.2.1 Определение удельного объемного электрического сопротивления образцов .
2.2.2 Измерение теплопроводности блочных материалов
2.3 Методы оценки механических и релаксационных свойств пленочных нитей
2.3.1 Оценка деформационных и прочностных свойств из диаграмм растяжения
2.3.2 Получение семейств кривых релаксации напряжений
2.3.3 Динамический механический анализ.
2.4 Методы исследования структурных свойств
2.4.1 Сканирующая электронная микроскопия поверхности
2.4.2 Определение вязкости расплава
2.4.3 Метод инфракрасной спектроскопии.
2.5 Статистическая обработка результатов измерений. Оценка погрешностей измерений
Глава 3. Изменение электропроводящих свойств композиционных волокнистых материалов в зависимости от содержания углеродных наполнителей и степени ориентационной вытяжки
3.1 Электрическое сопротивление композиционных пленочных нитей наполненных техническим углеродом
3.2 Исследование электрической проводимости пленочных нитей полипропилен углеродные нано волокна
3.3 Изменение электрического сопротивления композиционных пленочных нитей наполненных углеродными нанотрубками.
3.4 Итоги но главе 3.
Глава 4. Изучение и сравнительный анализ деформационнопрочностных свойств наполненных пленочных нитей на основе диаграмм растяжения и динамического механического анализа.
4.1 Механические характеристики пленочных нитей наполненных техническим углеродом.
4.2 Анализ влияния введения углеродных нановолокон на механические свойства композиционных пленочных нитей.
4.3 Влияние многостенных нанотрубок па механические характеристики композиционных пленочных нитей.
4.4 Итоги но главе 4.
Глава 5. Изучение влияния степени наполнения и вытяжки на релаксационные свойства композиционных пленочных нитей.
5.1 Влияние технического углерода на релаксацию напряжений в композиционных пленочных нитях.
5.2 Релаксация напряжений в нитях, наполненных углеродными нановолокнами
5.3 Релаксационные характеристики композиционных нитей с многостенными нанотрубками в качестве наполнителя
5.4 Итоги по главе 5.
Глава 6. Комплексный анализ и структурная интерпретация физикомеханических свойств композиционных пленочных нитей
6.1 Структурная модель композиционных пленочных нитей, наполненных техническим углеродом
6.1.1 Невытянутыс нити, содержащие технический углерод.
6.1.2 Вытянутые в четыре раза пленочные нити, наполненные техническим углеродом
6.1.3 Вытянутые в восемь раз композиционные нити, наполненные техническим углеродом
6.2 Моделирование структуры пленочных нитей с углеродными нановолокнами и качестве наполнителя.
6.2.1 Невытянугые пленочные нити, наполненные УНВ
6.2.2 Пленочные нити полипропилен углеродные наыоволокна, вытянутые в четыре раза
6.2.3 Восьмикратно вытянутые нити, содержащие углеродные нановолокна
6.3 Структурная модель пленочных нитей, наполненных миогостенными нанотрубками.
6.3.1 Невытянутые пленочные нити, наполненные миогостенными нанотрубками
6.3.2 Вытянутые в четыре раза пленочные нити, содержащие многостенные нанотрубки.
6.3.3 Восьмикратно вытяпутые пленочные нити, содержащие многостопные нанотрубки.
6.4 Итоги по главе 6.
Глава 7. Изучение особенностей структуры и проводящих свойств блочных композиционных материалов на основе полипропилена, наполненного техническим углеродом
7.1 Анализ структурных особенностей композиционного материала на основе ИК спектров поглощения.
7.2 Теплопроводность блочного композиционного материала, наполненного техническим углеродом
7.3 Электропроводящие свойства композиционного материала полипропилен технический углерод
7.4 Итоги по главе
Обсуждение и обобщение результатов. Общие итоги работы.
Список использованных источников


Строение сфсролитной фибриллы, состоящей из кристаллических ламелей 5, разделенных аморфными участками 6. В зависимости от кинетики охлаждения возможно образование различных по характеру сферолитиых структур в полипропилене. Всего различают четыре типа сферолитов полипропилена . Сферолиты I и II типов характеризуются моноклинной кристаллической решеткой, а III и IV типов гексагональной. Сферолиты I и II типов, а также 1 и IV типов различаются по расположению преломляющих элементов при их рассмотрении в электронном микроскопе. При этом тип IV представляет собой кольцевой сферолит Рисунок 1. I, II, и III являются, радиальными сферолитами Рисунок 1. Структуры II типа образуются, если кристаллизация проводится выше 8 С, а 1 типа ниже 4 С. Сферолиты третьего типа возникают, если кристаллизация проводится в условиях быстрого охлаждения. Сферолиты IV типа возникают в интервале температур от 8 С до 2 С. Рисунок 1. Радиальные а и кольцевые б сферолиты полипропилена в поляризованном свете. Другим важным аспектом является классификация по размеру и характеру распределения размеров сферолитов, получаемых при различных режимах кристаллизации , . Прежде всего, заметим, что при очень быстром охлаждении полипропилена в нем возникают структуры которые называют смектическими, паракристаллическими, некристаллическими и т. А. Но при других режимах охлаждения становится возможным образование широкого набора сферолитных форм. Опишем основные из них. Провести изотермическую кристаллизацию в области температур 0 или 5 С в течение часа. При том же режиме плавления, но при изотермической кристаллизации при 0 или 5 С в течение 3 часов с последующим охлаждением до комнатной температуры. Очень крупные до 0 мкм и выше радиальные сферолиты полипропилена могут быть получены, если полимер расплавить при 0 С в течение минут и затем медленно охладить до комнатной температуры со скоростью 0,2 Смин. Таким образом, в зависимости от условий изготовления возможно получение из расплава волокон, нитей и пленок а также блочных образцов, имеющих различный характер надмолекулярной структуры. Получаемый вид сферолитной структуры полипропилена оказывает значительное влияние на его механические свойства, а также поведение на последующих стадиях обработки, таких как ориентационная вытяжка и др. Ориентационная вытяжка основной технологический процесс создания текстильных волокон, нитей и пленок. Она позволяет значительно повысить прочностные характеристики сформованных материалов. В результате ориентационной вытяжки все разнообразные структуры полимерных материалов утрачивают свою индивидуальность, и в результате образуется фибриллярная структура, характеризующаяся периодическим чередованием упорядоченных кристаллических и слабо упорядоченных аморфных областей 9,, ,, . Свойства ориентированного волокна зависят как от типа исходной структуры, так и от условий вытяжки. Подробное рассмотрение формирование ориентированной структуры изотактического полипропилена представлено в работах 8, К, , , . Рядом авторов было покатано , что ориентационная вытяжка может сопровождаться деструкционными процессами как на макроуровне образование микротрещин, так и на микроуровне разрывами макромолекул. В связи с этим было предложено рассматривать ориентационную вытяжку полимеров как процесс, в результате которого одновременно происходит как упрочнение материала за счт улучшения ориентации макромолекул в аморфных участках микрофибрилл, так и разупрочнение, вызванного накоплением в объеме полимера дефектов при вытяжке. X
X
го
ф
О. Рисунок 1. Общий вид и характерные размеры участков фибриллярной структуры вытянутого полипропилена 1 микрофибрилла, 2 кристаллит, 3 аморфная область . Микрофибриллы представляют собой удлиненные веретенообразные образования, расположенные вдоль направления ориентации полимера. Каждая ламель даст начало отдельной микрофибрилле диаметром около 0 А Рисунок 1. Микрофибриллы имеют гетерогенное строение вдоль их оси чередуются участки большей кристаллиты Рисунок 1. Рисунок 1.