Взаємозв’язок між структурними змінами і термопружними властивостями для еластомерних нанокомпозитів на основі наповнювачів різної природи в циклах розтягування / скорочення. Розробка, оцінка моделі еволюції структури нескінченого кластеру наночастинок.
Аннотация к работе
Структура та термопружні властивості еластомерних нанокомпозитівМатеріали виготовлені за цією технологією називають нанокомпозитами, дослідження їх властивостей останніми роками проводиться все частіше, однак для еластомерів ці дослідження носять переважно описовий характер, конкретні механізми, наприклад для явища розмякшення, залишається недослідженим, адже пояснення цього механізму, яке існувало для класичних композитів залишилось і для нанокомпозитів. Так як процес деформації є термодинамічним, то вивчення лише пружних властивостей не дає повної інформації про структурні зміни, які відбуваються в матеріалі. Дисертаційна робота виконувалася в рамках досліджень ІХВС НАН України згідно тем «Нанокомпозити на базі поліолефінів, поліамідів та глинистих мінералів» (2001-2003 рр.), номер державної реєстрації 0101U000171 та «Нанокомпозити на базі синтетичних еластомерів і ультрадисперсних наповнювачів» (2004-2006 рр.), номер державної реєстрації 0104U000074. Метою даної роботи було: встановлення впливу природи і вмісту наповнювача на термопружні властивості еластомерних нанокомпозитів (ЕНК) та аналіз на основі цих властивостей структурних змін, які відбуваються в циклах розтягування / скорочення. Обєктами дослідження були: а) ЕНК на основі хлоропренового каучуку (CR) та комерційної органоглини - Nanofil® фірми Sud-Chemie AG (ОС2), попередньо обробленої діоктадецил-диметил амонієвою сіллю. б) ЕНК на основі бутадієнстирольного каучуку (Buna-SL18) та частинок глинистих мінералів (монтморилоніт (OC2, ОС3), гекторіт (ОС1)), оброблених різними типами амонійних солей. в) ЕНК на основі бутадієнстирольного каучуку та частинок монтморилоніту оброблених діоктадецил-диметил амонієвою сіллю, з різним ступенем взаємодії на міжфазній границі. г) ЕНК на основі бутадієнстирольного каучуку та частинок аеросилу оброблених органічним модифікатором (VN).2 добре видно, що рівняння (1а) та (1б) кількісно описують експериментальні значення питомої (на одиницю маси m) механічної роботи W/m та питомих теплових ефектів Q/m з параметрами E = 1.94 МПА, ? ? 1.56x10-3 K-1 та ? ? 0.98x10-3 K-1 у всьому діапазоні відносних видовжень (тобто, механічну роботу та теплові ефекти в циклах розтягання / скорочення для вихідного каучуку можна вважати оборотними). На відміну від вихідногї гуми, для всіх ЕНК незворотні ефекти (які проявляють себе у відхиленнях між значеннями величин W/m та Q/m при розтягуванні та скороченні) відбуваються вже при низьких деформація. Відносно велика різниця між модулем Юнга E’ зразка CR/OC2-2.5 з низьким вмістом органоглини (2.5 мас.%) та вихідним каучуком CR, а також поступове його зростання із збільшенням концентрації наповнювача w говорить про значний ефект підсилення матриці каучуку «нескінченним» кластером частинок органоглини. Однак, застосування цього рівняння до наших даних, які були отримані в діапазоні обємних часток наповнювача ? <0.25, не очевидне; більше того, величина показника експоненти ? ? 0.87 майже в чотири рази менша. Отже, виникнення «нескінченного» кластера сильно анізометричних частинок органоглини при наповненні, нижчому або рівному ? ? 0.04, видається як теоретично можливим, так і експериментально доведеним.Показано що в області низьких відносних деформацій надлишок екзотермічних ефектів в циклі скорочення над ендотермічними ефектами в циклі розтягування повязаний з ефектами проковзування ланцюгів еластомеру на поверхні наночастинок. Показано що термопружна поведінка ЕНК в області високих відносних деформацій (зокрема, ефект Мулінза-Патрикеєва) визначається фактором підсилення, який залежить від деформації.