Термодинаміка зворотних та незворотних деформацій при одновісному навантаженні наповнених полімерів - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИЗахист відбудеться “28 ”лютого 2001 р. о 14 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 26.179.01 Інституту хімії високомолекулярних сполук НАН України / 02160 м. З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту хімії високомолекулярних сполук НАН України (м. Дисертацію присвячено питанням дослідження впливу вмісту наповнювача, його поверхневої модифікації та розміру і форми частинок на термоеластичні властивості композитів. Поява нееластичних деформацій у композиції вуглецеве волокно/ полікарбонат гіпотетично пояснюється пластичною течією матриці полімеру, яка викликана тепловими ефектами процесу фрагментації волокна і більш високою концентрацією мікропорожнин, яка у свою чергу теж обмовлена процесами фрагментації/ відшарування. Для решения поставленных задач были использованы следующие методики: метод деформационной калориметрии (для характеристики термодинамического поведения исследуемых систем, как в области гуковских упругих, так и неупругих деформаций), метод рассеяния рентгеновских лучей в широких и малых углах (для исследования фазовой структуры и глубины кристалличности образцов), метод ДСК (для определения энтальпии плавления и определения степени кристалличности) и метод микровдавливания.Це прагматичне міркування у багатьох випадках дозволяло отримувати полімерні композиції з оптимальними механічними властивостями (шляхом поєднання, наприклад, високих модулів пружності і міцності дисперсних мінеральних наповнювачів з еластичністю безперервної полімерної матриці) , проте очевидний недолік такого підходу, звичайно, полягає в його принциповій обмеженості і неможливості використання в повній мірі потенційні можливості фізичної модифікації полімерного матеріалу. Більшість таких моделей передбачає, що ефективні властивості полімерних композицій залежать не тільки від “парціальних” властивостей індивідуальних компонентів і обємного вмісту дисперсної фази, але й від фазової морфології конкретної системи. Застосування більш реалістичної трифазної моделі (полімер - міжфазна область - наповнювач) дозволило кількісно узгодити наявні експериментальні дані про термоеластичні властивості полімерних композитів в межах пружних (зворотних) деформацій з теоретичними передбаченнями . Метою даної роботи було: 1) оцінити термоеластичні властивості граничного шару в області зворотних деформацій; 2) в області незворотних деформацій визначити внесок можливих структурних перетворень (типу фрагментації волокнистого наповнювача або відшарування дисперсного наповнювача від полімерного середовища) в енергетику пластичної течії гетерогенних полімерних матеріалів за межею границі пружності. В задачі дослідження входило: 1)досліджувати вплив вмісту наповнювача на термоеластичні властивості композитів; 2) оцінити вплив поверхневої модифікації і розміру наповнювача на процеси відшарування; 3) провести порівняльні дослідження властивостей наповнених і ненаповнених полімерів.В інтервалі малих деформацій (0.025) зміна питомої механічної роботи (W/m) і питомої кількості теплоти (Q/m) для полімерних матриць ПЕВГ - У і ПЕВГ - П однакова, і кількісно може бути описана класичними рівняннями для еластичних твердих тіл та (1) де Е - модуль Юнга, - коефіцієнт лінійного розширення, - густина. Кількісні узгодження між теоретичними та експериментальними значеннями модуля Юнга Е для 30ДТМ - П-та ЛТВ - У серій, а також коефіцієнта лінійного розширення для 30ДТМ - П-серії показує, що вони добре обгрунтовані (при більш придатних значеннях ЕГШ = 10.74 ГПА і 10.45 ГПА для ЛТП - У та 30ДТМ - П-серії, відповідно, і при <1 10-7 К-1 для обох серій. Ефективні значення ЕГШ і вказують на надзвичайно міцний високоорієнтований стан ПЕВГ у ГШ наповнених зразків (наприклад, для зразків ПЕВГ, розтягнутих у 20 разів, отримано Е = 8,0 ГПА і = - 3,65х10-5 К-1). У інтервалі вище ніж нееластична деформація також може бути охарактеризованою “істинною” точкою течії у координатах (істинна напруга течії) та (істинна деформація течії), які відповідають нульовому нахилу () на діаграмі напруга - деформація. Як і очікувалось, поведінка-У і-П зорієнтованих зразків обох полімерних матриць нижче точки подібна, у той час як спостерігається значна відміна при більш високих деформаціях (рис.Встановлено, що відмінності експериментальних значень внутрішньої енергії між наповненими та ненаповненими зразками, які зявляються в інтервалі нееластичних деформацій, пояснюються появою та подальшим розвитком процесу відшарування полімеру. Таким чином, деформація композицій поліетилен високої густини/ каолін вище точки течії , супроводжується відшаруванням полімеру, що включає формування полімер-вільної поверхні навколо наповнювача та одночасним нееластичним деформуванням полімерної матриці у граничному шарі. Вперше запропоновано термодинамічний метод кількісного охарактеризування енергетики процесу відшарування полімеру від поверхні наповнювача, яке супроводжує непружну деформацію.