- •Частина і. Теоретичні основи створення полімерних композиційних матеріалів
- •1. Адгезія полімерів до наповнювачів
- •1.1. Термодинаміка змочування і адгезії
- •1.2. Зміна адгезійної взаємодії модифікацією поверхонь наповнювачів
- •1.3. Змочування і адгезія на апретованих поверхнях
- •1.4. Адгезія полімерів до полімерних армувальних матеріалів
- •1.5. Вплив внутрішніх напружень на адгезію
- •2. Релаксаційні процеси в наповнених полімерах
- •2.1. Вплив структурування і внутрішніх напружень на властивості наповнених полімерів
- •2.2. Релаксаційні процеси в наповнених полімерах
- •3. Вплив наповнювачів на фазові й фізичні стани полімерів
- •3.1. Термомеханічні властивості наповнених полімерів
- •3.2. Реологічні властивості наповнених полімерів
- •3.2.1. Типи реологічної поведінки полімерів
- •3.2.2. В’язкість за зсувного плину
- •3.2.3. Аномалія в’язкості за сталого плину
- •3.3. Наповнені кристалічні полімери
- •4. Механізм посилюючої дії наповнювачів у полімерах
- •4.1. Структуроутворення в полімерах у присутності дисперсних наповнювачів
- •4.2. Механізм дії армувальних і дисперсних наповнювачів у полімерах
- •4.3. Деякі фізико-хімічні аспекти механізму зміцнення полімерів
- •5. Визначення міцності полімерів
- •5.1. Теоретична й технічна міцність
- •5.2. Статистична теорія міцності полімерів
- •6. Типи руйнування полімерів
- •6.1. Особливості будови полімерів, що впливають на їхні механічні властивості
- •6.2. Руйнування полімерів у склоподібному стані
- •6.3. Руйнування полімерів у високоеластичному стані
- •6.4. Пластичне руйнування полімерів
- •6.5. Молекулярні теорії розривної міцності полімерів
- •6.6. Вплив молекулярної маси, структури і молекулярної орієнтації на міцність полімерів
- •6.6.1. Вплив молекулярної маси
- •6.6.2. Вплив структури
- •6.6.3. Вплив орієнтації і температури
- •6.6.4. Вплив молекулярної маси на орієнтацію полімерів
- •7. Старіння й стабілізація полімерних матеріалів
- •7.1. Старіння полімерних матеріалів
- •7.2. Стабілізація полімерних матеріалів
- •7.3. Прогнозування зміни властивостей полімерних матеріалів підчас старіння
- •7.4. Прогнозування світло- і погодостійкості полімерних матеріалів
- •8. Принципи створення композиційних матеріалів
- •8.1. Класифікація і особливості загальних властивостей композиційних матеріалів
- •8.2. Вплив фазової структури полімерних композиційних матеріалів на його властивості
- •8.2.1. Вміст наповнювача
- •8.2.2. Розмір і форма дисперсних частинок
- •8.2.3. Міжфазна взаємодія і властивості міжфазового шару
- •8.3. Композити з армувальним наповнювачем
- •8.3.1. Волокнисті наповнювачі
- •8.3.2. Листові наповнювачі
- •Частина іі. Технологія виробництва полімерних композиційних матеріалів
- •9. Основні терміни і визначення, класифікація полімерних композиційних матеріалів
- •10. Готування композицій
- •10.1. Основні компоненти композиційних матеріалів
- •10.1.1. Зв’язувальні
- •10.1.2. Армувальні матеріали
- •10.1.3. Антиадгезійні речовини
- •10.1.4. Барвники
- •10.1.5. Затверджувачі та інгібітори
- •10.1.6. Загусники
- •10.1.7. Добавки для зниження усадки
- •10.1.8. Речовини, що збільшують ударну в’язкість
- •10.2. Складання рецептури. Вимоги до рецептури і компонентів
- •10.3. Аналіз технологічних властивостей сировини
- •10.3.2. Контроль швидкості й глибини тверднення реактопластів
- •10.4. Технологічні властивості наповнених полімерів
- •10.5. Технологічні стадії готування полімерних композиційних матеріалів
- •10.5.1. Підготовка компонентів до змішування
- •10.5.2. Змішання компонентів полімерних композицій
- •11. Технологія одержання виробів із полімерних композиційних матеріалів
- •11.1. Технологія одержання виробів з термопластичних композицій
- •11.1.1. Екструзія
- •11.1.2. Лиття під тиском
- •11.1.3. Формування твердих термопластів
- •11.1.4. Пресування термопластів
- •11.2. Технологія одержання виробів з термореактивних композицій
- •11.2.1. Ручне викладення і напилювання (контактне формування)
- •11.2.2. Відцентрове формування
- •11.2.3. Пултрузія і намотка
- •11.2.4. Пресування
- •11.2.5. Просочення під тиском у замкненій формі
- •12. Композиційні матеріали на основі полімерної матриці, армованої волокнистими наповнювачами
- •12.1. Склопластики
- •12.2. Боропластики
- •12.3. Базальтопластики
- •12.4. Вуглепластики
- •12.5. Гібридні матеріали
- •12.6. Органопластики
- •Література
1.2. Зміна адгезійної взаємодії модифікацією поверхонь наповнювачів
Найкраще змочування полімерами твердих тіл буде мати місце за умови сильної адсорбційної взаємодії полімеру й наповнювача, за якої сили взаємодії на границі поділу мали би змогу розгорнути полімерну молекулу. Отже, вибір способу модифікації поверхні наповнювача повинен передбачати забезпечення міцного зв’язку полімерних молекул з поверхнею наповнювача. Зміцнення взаємодії поверхні твердого тіла з полімером можна досягди різними шляхами, з яких найбільше значення має поверхнева хімічна модифікація наповнювача, а також хімічне щеплення полімеру до неорганічної поверхні.
Розгляд цієї проблеми варто розбити на дві частини:
– обробка поверхні скловолокна як найважливішого наповнювача в армованих пластиках;
– обробка поверхні тонкодисперсних мінеральних наповнювачів.
Скло може реагувати з багатьма сполуками завдяки наявності на його поверхні силанольних груп Si–OH. Силанольні групи є донорами водню, а більшість атомів кисню на поверхні є акцепторами. Тому видалити з поверхні скла адсорбовану воду дуже важко. Для зменшення адсорбції води, що сприяє руйнуванню скловолокна, і відповідно − погіршенню фізичних та механічних показників склопластиків, скло необхідно обробляти (апретувати) неорганічними або органічними реагентами. Апретування поліпшує змочування наповнювачів зв’язувальним, гідрофобізує волокно і підвищує гідролітичну стійкість адгезійного зв’язку, а також збільшує адгезію зв’язувального до волокна. Досить ефективними домішками, що підсилюють зв’язок скловолокна з термопластами й реактопластами, виявилися алкоксисилани (ці речовини силановою частиною орієнтовані до скляної поверхні, а алкоксильними замісниками – до зв’язувального). До розповсюджених силанових апретів відносяться: вінілтрихлорсилан CH2=CH–SiCl3, вінілтриетоксисилан CH2=CH–Si(C2H5O)3, діалілдіетоксисилан (CH2=CH–CH2)2Si(OC2H5)2 та ін. У результаті їхньої взаємодії з поверхнею скловолокна, на ній з’являються здатні до полімеризації вінільні групи.
1.3. Змочування і адгезія на апретованих поверхнях
|
Рис. 1.2. Схема будови поверхневого шару полімеру на волокні: 1 – зв'язувальне; 2 – аперет; 3 - волокно |
Вільна поверхнева енергія поверхні з адсорбованим шаром може бути оцінена в такий спосіб: cosΘ = а ± b∙γL. Якщо γL наближається до γС при Θ → 0, то
. |
(1.17) |
Звідси
. |
(1.18) |
Максимальне значення Wад буде мати місце за умови ∂W/∂γС = 0, коли
|
|
Тоді
; |
(1.19) |
У разі γL= γС рівняння (1.18) матиме вигляд:
|
(1.20) |
Наприклад, для поліетилену γС = 31 мН/м; b = 0,026; тоді (Wад)max буде за γL=52,5 мН/м й (Wад)max= 0,0716 Дж/м2.
Апрет, що наноситься на поверхню, хімічно зв’язується із цією поверхнею не повністю. Це, зокрема, визначає різну водостійкість склопластиків, одержуваних на основі апретованих скловолокон. Варто мати на увазі, що будь-які полярні групи, що обумовлюють підвищення адгезії полімеру до поверхні скла, можуть згодом відтіснятися від поверхні скла проникаючими молекулами води. Конкуруюча дія води може бути подавлена тільки за умови виникнення хімічного зв’язку між поверхнею і апретом, а цей зв’язок повинен бути досить стійким до гідролізу, особливо у випадку, коли через контакт води з поверхнею волокна з останнього вилужується достатня для локальної зміни рН кількість лугу або кислоти.
Для підвищення показників склопластиків, що характеризують їх міцність, варто уникати утворення порожнин (пухирців) на поверхні розподілу. Для цього потрібно застосовувати смоли з низькою в’язкістю, уникати обробки скловолокна замаслювачами або апретами, що створюють шорсткість поверхні, та інших факторів, що зменшують розтікання чистої смоли по поверхні.