Полимеры

Условно можно выделить следующие направления повышения адгезионной прочности:

Химическая модификация адгезива. Увеличение содержания функциональных групп адгезива, активных по отношению к субстрату, как правило, может приводить к улучшению адгезионного взаимодействия, хотя взаимосвязь функциональных групп и прочности может иметь экстремальный характер. Значительное влияние может оказывать соотношение полярных и неполярных групп в адгезиве и их взаимное расположение [Ошибка! Закладка не определена.].

Подготовка и модификация субстрата является одним из эффективных способов повышения адгезионной прочности. Так для изменения кислотно-основного баланса полимера с поверхностью наполнителя применяют метод обработки в высокочастотной плазме [. Адгезивы и адгезионные соединения: Пер с англ. /Под ред. Л.-Х. Ли. - Мир,1988, -226с]. Обработку поверхности волокон (Kevlar) с целью увеличения их адгезии к эпоксидной смоле осуществляют прививкой аминогрупп, а повышение водостойкости обеспечивают плазменным методом. Металлические субстраты подвергают травлению в кислоте, с целью удаления окисных пленок, создают искусственный микрорельеф.

Введение поверхностно-активных веществ (ПАВ). Введение ПАВ способствует понижению поверхностного натяжения адгезива за счет положительной адсорбции на поверхности. Увеличение плотности упаковки молекул ПАВ на поверхности субстрата приводит к увеличению адгезионной прочности за счет того, что неполярная часть молекул ПАВ диффундирует в связующее, а полярная адсорбируется на поверхности субстрата. Кроме того, поверхностно-активные вещества могут влиять на надмолекулярную структуру связующего, уменьшая его дефектность. Более подробное изучение влияние ПАВ приведено в работах [Ошибка! Закладка не определена.,Ошибка! Закладка не определена.].

Положительно влияют на увеличение адгезионной прочности сни-жение внутренних напряжений за счет введения пластификаторов, каучу-ков, наполнителей, термопластичных модификаторов и оптимизации температурно-временного режима формирования адгезионного соедине-ния.

Повышение когезионной прочности связующего отражается на долговечности, термостойкости, химической стойкости клеевого соединения.

V. Cмеси полимеров

Полимерные системы, в состав которых входят два полимера, начали применяться давно для получения материалов, сочетающих свойства обоих смешиваемых полимеров. Так, еще в начале этого столетия хрупкость полистирола пытались уменьшить добавлением каучука. Это привело в конечном итоге к созданию широкой гаммы ударопрочных пластмасс, хрупкость которых удалось резко понизить благодаря наличию микрофазы эластомера. В 30-х и особенно 40-х годах с освоением промышленного синтеза большого числа новых полимеров (в том числе каучуков) расширилось и применение их смесей. Существование среди ученых в 50-х в начале 60-х годов критического отношения, а иногда и просто недоверие, к смесям полимеров (вследствие обнаруженной “всеобщей несовместимости полимеров” позднее изменилось, так как стали очевидны преимущества свойств микронеоднородных систем полимеров. В настоящее время общепринятым является мнение, что различные материалы можно получать, используя любые сочетания полимеров, не опасаясь каких-либо нежелательных последствий при применении смеси “несовместимых” полимеров.

Очевидно, следует относить к смесям полимеров системы, получение смешением двух или более полимеров в условиях, при которых смешиваемые компоненты могут необратимо деформироваться. Эти условия включают смешения полимеров при температурах выше температуры стеклования или температуры плавления (не обязательно выше температуры текучести), смешение растворов с последующим высушиванием или осаждением, смешение полимеров с олигомерами с последующим отверждением, смешение латексов или водных дисперсий с последующим коагуляцией и перемешиванием.

Полимер-полимерные системы в свою очередь являются составной частью композиционных материалов, в в полимерной матрице, которых наряду с другой (или другими) полимерной фазой могут присутствовать частицы минеральных или вообще неполимерных фаз.

4.1. Термодинамический подход к изучению и регулированию взаимодействия полимеров с наполнителями

Введение различных наполнителей в резины и пластмассы является перспективной возможностью экономии основного полимерного компонента и одновременно улучшением некоторых эксплуатационных характеристик материала. Эффективность влияния наполнителей на свойства полимеров во многом определяется адгезионным взаимодействием компонентов друг с другом, величина которого зависит от числа и энергии возникающих связей 2,9, 10, 11.

Об адгезионном взаимодействии часто судят по величине адгезионной прочности (А0), характеризующей силу или работу разрушения адгезионного контакта и зависящей, в свою очередь, от условий формирования материала, формы и размера образцов, условий испытаний 21.

Существует другой подход к изучению взаимодействия различных поверхностей друг с другом - термодинамический.

Термодинамическая оценка величины адгезионного взаимодействия 9, т.е. определение работы или энергии адгезии (Wa), является наиболее строгой и объективной характеристикой, не зависящей от механизма и условий ее осуществления.

Присутствие пластификатора в полимерной композиции вносит дополнительный энергетический вклад вследствии взаимодействия наполнителя и полимера с пластификатором и обуславливает конкуренцию во взаимодействиях полимер-наполнитель. Полимер-пластификатор и пластификатор-наполнитель. Определяющим фактором при этом являются взаимодействие пластификатора с наполнителем, т.е. величины теплот смачивания 12,19. Хорошо смачиваемая поверхность аэросила, пластификатор играет роль модификатора, способствующего увеличению сродства поверхности наполнителя к полимеру, что приводит к их хорошему энергетическому взаимодействию друг с другом в более широкой области степеней наполнения, чем в непластифицированных образцах 12. Плохое взаимодействие наполнителя с пластификатором (малые значения теплот смачивания) либо не изменяет ситуацию, либо взаимодействие полимера с наполнителем ухудшается вплоть до изменения знака Н 13. При близких значениях теплот смачивания наполнителя различными пластификаторами решающую роль играет термодинамическое сродство пластификатора к полимеру 13. Таким образом, варьируя термодинамическое сродство пластификатора к полимеру и теплоту смачивания им наполнителя, можно в нужных направлениях регулировать энергетическое взаимодействие полимеров с наполнителями.

С возрастанием удельной поверхности наполнителей 12,14 адгезионное взаимодействие, как правило, усиливается, поскольку в присутствии высокомолекулярных наполнителей возрастает объем полимера, иммобилизованного в граничные слои, по сравнению с низкодисперсными наполнителями. Это проявляется в повышении температуры стеклования (Тс) образцов. Содержащих наполнители с высокой удельной поверхности .

Таким образом, получение наполненных полимерных материалов с удовлетворительными механическими характеристиками возможно при достижении оптимальных величин адгезионного взаимодействия полимера с наполнителями, конкретных для каждой системы, обеспечивающих лабильность связей, т.е. возможность релаксации перенапряжений на межфазной границе с одновременным сохранением эффективных связей полимера с поверхностью наполнителя при деформации композиций.

II. Экспериментальная часть

2.1. Объекты исследования

2.1.1. Полиамид П-548

Полиамид П-548 представляет собой спирторастворимый сополимер, полученный поликонденсацией соли АГ и -капролактама или соли АГ, соли СГ и -капролактама.

Выпускается в виде гранул цилиндрической или пластинчатой формы от белого до светло-желтого цвета. Сополимер растворим в спиртах и спиртоводных растворах. Используется для изготовления полиамидных клеев, лаков, пленок, покрытий, прокладочных материалов в авиационной, пищевой, кабельной, химической, нефтяной и других отраслях промышленности.

Показатели:

1) температура плавления 0С, не менее 150

2) число вязкости мл/г, не менее 136

3) разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см2 не менее 300

4) относительное удлинение при разрыве, % не менее 250

5) плотность, г/см3 1,12

6) модуль упругости при растяжении,кгс/см2 3400

7) твердость, кгс/см2 при нагрузке 36,5 кг 380-420

8) изгибающее напряжение, кгс/см2 180-190

2.1.2. Полибутилентерефталат (ПБТ) по ТУ 6-06-21-89

ПБТ представляет собой продукт, полученный по двухстадийному процессу. На первой стадии синтезируют ди (-оксибутил)терефталат, на второй - осуществляют поликонденсацию. ПБТ обладает высокой прочностью, твердостью и антифрикционными свойствами.

Небольшое водопоглощение обуславливает высокую стабильность свойств и размеров изделий. Детали из этого материала могут работать при температурах от -60 до +1200С.

ПБТ устойчив к действию разбавленных кислот, минеральных солей, органических растворителей и при комнатной температуре к растворам щелочей и аммиака. Применяется для изготовления деталей конструкционного назначения, в радио- и электротехнике, пищевой, автомобильной промышленности и других отраслях.

Показатели:

1) плотность, г/см3 1,310

2) показатели текучести расплава, г/10 мин при 2500С 3- 6

3) температура плавления, 0С 224-230

4)прочность при разрыве, МПа 46-60

5)модуль упругости при растяжении, МПа 25000-28000

6)ударная вязкость по Шарни на образцах без надреза, кДж/м2 не разрушается

7)изгибающее напряжение при разрушении, МПа 75-80

2.1.3. Полиэтилен высокого давления 15803-020

Это твердый продукт, для которого характерны разнозвенность, большая эластичность, меньшая хрупкость, более низкая температура размягчения (108-1200С).

ПЭ при комнатной температуре нерастворим ни в одном из известных растворителей и только при 800С и выше, он заметно начинает растворяться в четыреххлористом углероде, бензоле, толуоле и т.д.

Формула ПЭ [-CH2-CH2-]n

Показатели:

1) плотность, г/см3 0,92

2) молекулярная масса 18 000-35 000

3) степень кристалличности, % до 70

4) температура расплава, оС 180 - 210

5) показатели текучести расплава, г/10 мин 2,0

6) разрушающее напряжение при растяжении, МПа 11,3

7) предел текучести при растяжении, МПа 9,3

8) относительное удлинение при разрыве, % 600

9) теплостойкость по Вика, оС 105

10) модуль упругости при растяжении,МПа 98,0

В качестве образцов для испытаний использовались стеклоткань и различного вида бумага, которая различается по сопротивлениям (30, 70, 140, 270 Ом).

Для модификации были использованы поверхностно-активные вещества:

алкилбутил-аммоний хлорид при п = 12;

оксиалкиловый спирт (смесь окиси этилена и окиси пропилена);

четвертичная соль аммопроизводная.

2.2. Экспериментальные методики.

2.2.1. Технология получения смесей.

Для получения смесей смешивали в нужных количествах ПА и ПБТ в лабораторном одношнековом экструдере при Т=2350С.

Образцы для исследований готовили в соответствии со стандартными методиками прессованием при Т=1800С и давлении 50 МПа.

2.2.2. Метод определения краевого угла смачивания.

Параметры капли h и d измеряют с помощью установки, основными узлами которой являются катетометр (типа КМ-6), измерительная ячейка-кювета и осветительное устройство, обеспечивающее контрастное изображение капли и исследуемой поверхности.

Измерения проводят следующим образом. Измерительную ячейку -кювету устанавливают на металлический держатель. На подставку в ячейке помещают исследуемую пластинку ( в данной работе стеклоткань и различного вида бумага), и повернув тумблер трансформатора, включают лампу осветлителя. Лампу следует включать только на время измерения. Далее отворачивают винт на задней стороне каретки катетометра и каретку устанавливают таким образом, чтобы объектив находился примерно на уровне пластинки. Закрепив измерительную каретку винта, с помощью микрометрического винта проводят более точную установку зрительной трубы по вертикали.

С помощью пипетки наносят каплю на поверхность пластинки у самого ее края, обращенного в сторону объектива.

Для получения воспроизводимых результатов необходимо наносить капли примерно одинаковых размеров, так чтобы диаметр ихоснования не превышал 2-3 мм.

Для измерения диаметра капли вращением микрометрического катетометра перемещают перекрестие окуляр-микрометра по вертикали и совмещают перекрестие с изображением пластинки. Измеряют левую и правую часть капли, и вычисляют разность n = n2 - n1, которая определяет диаметр основания капли d.

При определении высоты капли перекрестие окуляра первоначально совмещают с серединой основания капли, затем окуляр- микрометр поворачивают вокруг тубуса на 900С и подводят перекрестие к вершине капли. Высоту h находят по разности показаний (n2 - n1).

Краевой угол смачивания находят по следующей формуле (1):

d/2

cos = --------------- (1)

(d/2)2+h2

За результат испытания принимаем среднее арифметическое десяти измерений.

2.2.3. Определение адгезии методом отслаивания

Метод отслаивания заключается в измерении усилия, необходимого для отслаивания гибкой подложки от стеклоткани и бумаг.

Испытания проводились на разрывной машине (см.метод разрыва) при температуре (202)0С. Перед определением адгезии измеряли толщину и ширину полоски в трех местах. Полоска закрепляется в зажимах разрывной машины так, чтобы отогнанный край образца был зажат в неподвижном зажиме.

Образец отслаивают при скорости движения подвижного зажима 0,0010-0,0012 м/с (6,5 - 7,0 см/мин) и угле расслаивания 1800.

Адгезию в Н/м (кг/см) вычисляют как среднее арифметическое из восьми-десяти определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 10%.

2.2.4. Методика определения адгезионной прочности

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6