Дослідження впливу наповнювача на структурну організацію і міжфазну взаємодію в композиційних полімерних матеріалах
Категория реферата: Рефераты по физике
Теги реферата: доклады бесплатно, предмет культурологии
Добавил(а) на сайт: Kiriana.
Предыдущая страница реферата | 1 2 3 4 5 6 7 8 | Следующая страница реферата
Загальні характеристики, основні поняття.
Структура полімерів - це взаєморозміщення в просторі, внутрішня будова і характер взаємодії (зв’язку) між структурними елементами, що утворюють макроскопічне тіло. У даному визначенні використовується термін структурний елемент, який потребує пояснення, і який є запозиченим із статистичної фізики: Структура будь-якого фізичного тіла - це набір поступово ускладнених підсистем, що володіють певною обмеженою автономністю. Число виділених підсистем може бути більшим за одиницю. Наприклад, в металах необхідно розглядати як мінімум дві підсистеми: ансамбль іонізованих атомів, що утворюють - кристалічну гратку; і електронів (електронний газ), що відповідають за макроскопічні електромагнітні властивості. У випадку простих діелектриків виділена система - молекула, в більшості випадків дипольна, а в випадку полімерів - макромолекула, що володіє складною структурою.
Структурний елемент - характеристична частинка, яка утворює у величезній сукупності собі подібних відповідну підсистему, яка характеризує рівень структурної організації.[3]
Велика заслуга в поясненні характерних властивостей полімерів на структурній основі належить академіку В.А. Каргіну, який встановив, що однією із важливих особливостей полімерів є достатньо велика різноманітність їх надмолекулярних структур.[1]
Структурні елементи макромолекул – ланки ланцюгів. Макромолекули, особливо лінійні чи помірно розгалужені, слід виділяти в особливу
підсистему, оскільки їх властивості дозволяють пояснити полімерний стан як
особливу форму конденсації речовини. Значить, властивості макромолекул
(закодована в них структурна інформація) передаються через всі наступні НМО
полімерів.
Надмолекулярні структуроутворення.
Згідно поглядів Каргіна, Китайгородського і Сломінського полімери являють собою систему, яка складається з кристалічних і аморфних областей, які утворюють єдину складну фазу. При цьому в таких системах спостерігається утворення з десятків щільно складених, переважно паралельно, макромолекул – пачок. Пачкову будову мають жорстколанцюгові аморфні полімери.
Більш гнучкі макромолекули легко згортаються в так звані глобули. У
результаті подальшої організації “пачок” виникають фібрилярні утворення.
Характер таких надмолекулярних структур визначається умовами синтезу
полімера і отримання із нього зразків.[1]
Фазовий стан і фазові перетворення полімерів.
Полімери можуть знаходитися в кристалічному, рідкому, рідкокристалічному фазовому стані. У кристалічному фазовому стані наявний трансляційний порядок в розміщенні частин макромолекули, що утворює кристалографічну комірку, в рідкому – тільки ближній. Рідкокристалічний фазовий стан є проміжним між кристалічним і рідкім. В рідкокристалічному фазовому стані макромолекули розміщені паралельно одна відносно одної і мають ближній орієнтаційний порядок. Поняття “фазовий стан ” не співпадає з поняттям “агрегатний стан”. рідкий фазовий стан за агрегатним станом може бути твердим (склоподібним чи високоеластичним) і рідким (в’язкотекучим).
Фазові перетворення полімерів (фазові переходи) – це перехід речовини
із одного стану в інший. при фазових переходах відбуваються зміни
температури, тиску, напруги або інших зовнішніх термодинамічних параметрів
; вони можуть супроводжуватись стрибкоподібними змінами термодинамічних і
структурних характеристик полімерної системи.
Для більшості полімерів характерні фазові переходи першого і другого роду. При фазовому переході першого роду густина і енергія полімерної системи змінюється стрибкоподібно. Прикладами такого фазового переходу може бути кристалізація, плавлення, переходи між рідкокристалічними і аморфними станами. при фазовому переході другого роду стрибкоподібно змінюються такі параметри: теплоємність стисливість, об’ємний коефіцієнт теплового розширення. Такими переходами є перехід феромагнетика в парамагнетик, а в полімерах – температурний перехід через точку розшарування полімерного зразка.
5 Формування властивостей полімерів за допомогою наповнювачів.
Для зміни експлуатаційних характеристик полімерних матеріалів і створення гетерогенних систем з новими показниками використовують наповнювачі. Наповнення ВМС зумовлює збільшення міцності, тепло- і термостійкості, жорсткості та інших властивостей систем.
Наповнення полімерів - це зміщування полімера з твердою, рідкою чи газоподібною речовиною, яка відносно рівномірно розподіляється в об’ємі утвореної композиції і має чітко виражену границю з неперервною полімерною фазою (матрицею).
Наповнення полімерів є одним із способів отримання пластмас, гуми, лакофарбових матеріалів, синтетичного клею.
У більшості випадків для отримання наповнених полімерів застосовуються тверді наповнювачі: тонкодисперсні з частинками зернистої (двуокис кремнію, крейда, каолін, метали і т.д.) або пластинчастої (графіт, тальк, слюда) форми, а також різноманітні волокнисті матеріали, що застосовуються у вигляді елементарних волокон, ниток, джгутів, сіток, матів. В особливу групу, серед твердих наповнювачів, виділяють так звані еластифікатори, якими служать полімери з низьким модулем пружності, що використовуються в поєднанні з такими жорсткими полімерами, як полістирол і більшість реактопластів.
Численні експериментальні дослідження наповнених полімерних систем
підтвердили перспективність використання в якості наповнювачів полімерів
високодисперсних металевих порошків, зокрема, порошків нікелю, алюмінію, заліза, золота, молібдену, цинку, сплавів олова, германію і галію та інші.
За основу для виготовлення полімерних матеріалів наповнених металами
найчастіше використовують (феонолформальдегідні смоли, поліаміди, полівінілхлорид, поліметилметакрилат, полістирол, різноманітні еластоміри.
Введення таких наповнювачів сприяє не тільки зміні електропровідності і теплопровідності полімерних матеріалів, а і зміні інших фізико-механічних характеристик. Метали і окисли можуть в полімерних системах виконувати різну роль - бути наповнювачами, пігментами, зшиваючими агентами, стабілізаторами і т.д.
Зростаюче виробництво азотних мінеральних добрив і фосфорної кислоти проводить до інтенсивного збільшення відходів ці’ї галузі хімічної промисловості у вигляді фосфогіпсу і огарки. Проведені дослідження і розрахунки показують, що їх можна використовувати в якості наповнювачів, зокрема, для покращання якості виробів на основі полівінілхлориду (ПВХ) і полівінілбутиралю (ПВБ).
Необхідною умовою ефективного використання наповнювачів є суміщення
компонентів, яке в значній мірі визначає здатність полімера змочувати
поверхню частинок наповнювача, яка в свою чергу залежить від характеру
полімерного середовища з активними центрами поверхні. Змочування
полімерами, які знаходяться у в’язкотекучому або високоеластичному і, по
меншій мірі, в розчиненому станах, суттєво відрізняється від змочування
низькомолекулярними середовищами. Обмежена рухливість макроланцюгів і
надмолекулярних утворень обмежує розтікання полімера по поверхні. Прагнення
гнучких ланцюгових молекул до збереження найбільш вигідних конформацій
приводить до того, що густина контактів виявляється меншою очікуваної
(виходячи тільки з питомої поверхні наповнювача.
Таким чином, питання взаємодії полімерів з наповнювачами є предметом багатьох досліджень, поскільки характер взаємодії між компонентами в таких системах набуває вирішального значення і визначає властивості матеріалів, які отримуються.
Роль граничних шарів у формуванні властивостей систем.
У полімерних композиційних матеріалах значна частина в’яжучого полімера знаходиться під безпосереднім впливом наповнювача. При взаємодії полімерної матриці з наповнювачем на границі їх розділу утворюється граничний шар. Граничний або поверхневий шар речовини поблизу поверхні твердого тіла можна означити як шар, властивості якого змінюються під впливом поля поверхневих сил порівняно з властивостями в об’ємі. Цей шар характеризується ефективною товщиною за межами якої відхилення величин локальних властивостей від їх об’ємних значень стає несуттєвим.[3]
Релаксаційні процеси в полімерах, які знаходяться на межі розділу
компонентів полімер-наповнювач, викликають теоретичний і практичний інтерес
у зв’язку з проблемою створення конструкційних наповнених полімерних
матеріалів і знаходження оптимальних умов переробки і експлуатації.
Наявність граничного шару приводить до зміни температури силування, механічних характеристик і цілого ряду інших властивостей гетерогенної
полімерної системи. Це зв’язано із зміною густини молекулярної упаковки, зменшенням рухливості сегментів полімерних ланцюгів і більш масштабних
кінетичних елементів внаслідок їх взаємодії з твердою поверхнею. Зміна
молекулярної рухливості приводить до суттєвих змін ефективних характеристик
граничних шарів полімерів. На границі розділу полімер-наповнювач
відбуваються зміни густин розміщення кінетичних елементів полімерної
матриці, в той же час сама поверхня може служити центром формування певних
структур. Властивості гетерогенних систем визначаються часткою полімера, зосередженою в граничному шарі.[3]
Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: курсовая работа по праву, сообщение об открытии.
Предыдущая страница реферата | 1 2 3 4 5 6 7 8 | Следующая страница реферата