Применение метода ЯКР для изучения упругих и термических свойств твердых композиционных материалов

• Автор: Шестакова, Наталия Константиновна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЯКР ДЛЯ ИСЛЕДОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
1.1 .Методы исследования термомеханических свойств
композиционных материалов
1.2. Метод ЯКР и его применение для исследования свойств
композиционных материалов
2. МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
С ДИСПЕРСНЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ
2.1. Модель среды со сферическими включениями одинакового размера
2.2. Модель среды с цилиндрическими включениями
одинакового размера
2.3. Определение эффективных упругих и термических характеристик композиционного материала
3. ИССЛЕДОВАНИЕ БАРИЧЕСКОЙ И ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТЕЙ ЧАСТОТЫ ЯКР ИНДИКАТОРНОГО ВЕЩЕСТВА
В ПОЛИМЕРНЫХ ОБРАЗЦАХ
3.1. Приготовление образцов
3.2. Методика проведения эксперимента
3.3. Исследование зависимости частоты линии ЯКР
индикаторного вещества от размеров его частиц
3.4. Исследование влияния степени наполнения полимерных образцов
на частоту и ширину линии ЯКР индикаторного вещества
4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ ЯКР ИНДИКАТОРНОГО ВЕЩЕСТВА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
4.1. Определение упругих характеристик композиционного материала

4.1.1. Определение упругих характеристик отвержденной эпоксидной
смолы по данным ЯКР индикаторного вещества
4.1.2. Определение упругих характеристик наполненных образцов
эпоксидной смолы по данным ЯКР индикаторного вещества
4.2. Определение температуры стеклования, температуры и энергии активации сегментальных движений молекул
4.3. Определение напряжений в системе матрица - наполнитель
5. СВЯЗЬ МЕЖДУ НАБЛЮДАЕМЫМ УПЖРЕНИЕМ ЛИНИИ ЯКР
ИНДИКАТОРНОГО ВЕЩЕСТВА И НАПРЯЖЕНИЯМИ
В ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЕ
5.1. Дополнительное неоднородное уширение линии ЯКР кристаллов индикаторного вещества
5.2. Связь второго момента линии ЯКР индикаторного вещества с напряженным состоянием полимерной матрицы
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Явление ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) наблюдается в ряде кристаллических веществ, содержащих атомы, ядра которых обладают электрическим квадрупольным моментом. Уровни энергии квадрупольных ядер и частоты резонансных переходов между ними определяются величиной градиента внутримолекулярного и кристаллического электрического поля в местах расположения ядер. Экспериментально измеряемыми параметрами являются частоты, интенсивности и ширины линий ЯКР, времена продольной и поперечной релаксации. Ядра, обладающие электрическим квадрупольным моментом, являются своеобразными зондами, позволяющими получать информацию о величине и динамике внутрикристаллических полей.
Метод ЯКР с успехом применяется при изучении кристаллической структуры и молекулярной динамики, структурных фазовых переходов, природы химической связи, межмолекулярных взаимодействий , дефектов кристаллической решетки и других микроскопических свойств твердых тел.
Эффекты Штарка, Зеемана, зависимости частоты линии ЯКР от температуры и давления дают возможность применять кристаллы в целом в качестве параметрических датчиков состояния окружающей их среды. Благодаря этому явление ЯКР используется в магнитометрии слабых полей и в высокоточной термометрии.
Опыты, проведенные Г.С.Гутовским с сотрудниками, с образцами отвержденной эпоксидной смолы, в которую был введен порошок закиси меди, показали возможность оценки по сдвигу частоты линии ЯКР величины внутренних давлений, вызванных усадкой смолы.
В более поздних работах Н.Е.Айнбиндера с сотрудниками предложен количественный подход к интерпретации наблюдаемых эффектов. Эти работы положили начало использования ЯКР-методов для исследования физических свойств твердых тел, не содержащих квадрупольных ядер.

бесконечную однородную линейно-упругую среду с единичным сферическим включением [55]. Область применения такой модели ограничена малыми концентрациями индикаторного вещества, когда его частицы достаточно удалены друг от друга, т.е. расстояния между частицами много больше размеров самих частиц.
Исходя из того, что в экспериментах регистрируется скалярная величина -средний сдвиг частоты ЯКР (осредненный по всем кристаллам наполнителя) -было предложено проводить испытания образцов при изотропных воздействиях: при равномерном всестороннем (гидростатическом) сжатии и при равномерном нагреве или охлаждении.
Модель дала возможность получить аналитическое выражение для контактного давления ри действующего на поверхность частицы индикаторного вещества от величины внешних воздействий [55]:
Р>(Р’Т)=— Г+а
+ 2(-2а)Х
где су - коэффициент Пуассона, а = (1/¥)(дУ/дТ)р и/ = (1 /У)(дУ/др)т - коэффициенты термического объемного расширения и изотермической объемной сжимаемости полимерного материала; и - то же для кристаллов-индикаторов.
Были проведены опыты с образцами из эпоксидной смолы, отвержденной полиэтиленполиамином (ПЭПА) [74, 91 - 93]. Концентрация наполнителя (индикаторного вещества) в образцах составляла 10 объемных процентов. В качестве индикаторов использовались порошки ряда соединений: КСЮз и ИаСЮз - резонанс ядер 35С1, Си20 - ЖР бзСи, ЫаВЮз - ЯКР 81Вг, В1С13