авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Поверхностные и деформационно-прочностные свойства композиций на основе поливинилхлорида и бутадиенакрилонитрильных эластомеров

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи











ОЗОВ Хаути Хабасович



ПОВЕРХНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННО-ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА И БУТАДИЕНАКРИЛОНИТРИЛЬНЫХ ЭЛАСТОМЕРОВ




02.00.06 Высокомолекулярные соединения







Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук







Нальчик- 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им.Х.М.Бербекова» на кафедре физики наносистем

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Карамурзов Барасби Сулейманович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Хатипов Сергей Амерзянович

доктор физико-математических наук, профессор Магомедов Гасан Мусаевич

Ведущая организация: Волгоградский государственный
технический университет, г. Волгоград

Защита состоится « 12 » декабря 2008 г. в 15 час. 00 мин. на заседании Диссертационного совета Д 212.076.09 при Кабардино-Балкарском государственном университете по адресу: 360004, КБР, г.Нальчик, ул. Чернышевского, 173, КБГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кабардино-Балкарского государственного университета.

Автореферат разослан " ___ " ________ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Борукаев Т.А.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время во всем мире все большее применение в качестве конструкционных и отделочных материалов находят многокомпонентные полимерные системы. Важнейшими областями их практического применения являются легкая промышленность, автомобиле– и авиастроение, аэрокосмическая техника, электроника, медицина и т.д. Это обусловлено тем, что современные полимерные материалы и их композиции обладают сочетанием ряда уникальных физико-химических свойств.

Исследование поверхностных свойств и установление взаимосвязей их с объемными физико-химическими свойствами полимеров имеет существенное значение как для научного обоснования процессов переработки полимеров в изделия, так и для целенаправленного, рационального получения полимерных материалов с заранее заданными свойствами. Установление подобных связей способствует дальнейшему развитию теории поверхностных явлений, а также обоснованию новых направлений физико-химического анализа.

Для решения проблем современной физики, химии и технологии полимерных материалов требуются все больше знаний о состоянии поверхности раздела различных фаз, свойства которой существенно отличаются от объемных. Межфазная энергия (МЭ) и межфазное натяжение (МН) являются основными характеристиками переходной области. Они играют важную роль в решении теоретических и практических вопросов кристаллизации, термостойкости, ползучести, пропитки и других проблем, связанных с развитием новых направлений современной техники и получении композиционных материалов с заданными физико-механическими свойствами. Возможности получения новых материалов с улучшенными свойствами существенно расширяются при учете поверхностных и адгезионных свойств исходных компонентов и влияния этих свойств на физико-химические и механические характеристики композиций на их основе. Поэтому проблема изучения поверхностных, адгезионных и механических свойств полимерных материалов в настоящее время является одной из наиболее важных задач физики полимеров.

Цель работы экспериментальное исследование поверхностных свойств и механических характеристик модельных композиций на основе поливинилхлорида и бутадиенакрилонитрильных эластомеров с различным содержанием нитриль­ных групп в широком температурном и концентрационном интервале.

В рамках поставленной цели решались задачи:

  1. Создание экспериментальных установок для измерения прочности и поверхностных характеристик полимерных композиций в широком интервале температур.
  2. Исследование температурных зависимостей межфазных натяжений и работы адгезии исходных компонентов и их композиций в интервале температур, в котором не изменяются их основные объемные физико-химические свойства.
  3. Изучение концентрационных зависимостей поверхностного и межфазного натяжений и работы адгезии композиций на основе ПВХ+СКН.
  4. Исследование деформационно-прочностных характеристик полимерных композиций в широком температурном и концентрационном интервалах.
  5. Установление взаимосвязи прочностных свойств исследуемых композиций с их поверхностными характеристиками.

Научная новизна полученных результатов

1.Впервые в условиях термодинамического равновесия определены поверхностное натяжение, межфазное натяжение и работа адгезии для бинарных смесей полимеров на основе ПВХ и СКН в широком интервале температур и концентраций.

2.Установлено, что температурные зависимости межфазного натяжения и работы адгезии изученных полимерных систем в исследованной области температур носят линейный характер. Определены соответствующие значения констант (273 и d/dТ) для каждой полимерной композиции.

3.Выявлено, что характер изотерм поверхностного натяжения и работы адгезии в смесях полимеров ПВХ+СКН зависит от числа нитрильных групп в СКН: с увеличением их числа ярче проявляются экстремумы на изотермах. Для заданной концентрации ПВХ+СКН поверхностное натяжение снижается с увеличением числа нитрильных групп в СКН.

4.Исследованы температурные зависимости разрывного напряжения и концентрационные зависимости деформации в смесях ПВХ с СКН при различных соотношениях компонентов и режимах приготовления композиций.

5.Построены диаграммы «деформация–напряжение» для исследованных композиций при различных температурах, соотношениях компонентов и режимах приготовления композиций.

6.Установлена взаимосвязь между поверхностными свойствами изученных композиций и их прочностными характеристиками.

7.На основе молекулярно-кинетической теории предложено соотношение для оценки толщины диффузионного слоя в бинарных полимерных композициях.

Практическая ценность результатов

Данные, полученные для модельных смесей ПВХ и СКН с различным содержанием нитрильных групп, могут быть использованы при изучении других бинарных полимерных композиций. Полученные значения поверхностного натяжения, работы адгезии и прочности изученных полимеров и их композиций рекомендованы как справочные Центральной заводской лаборатории комбината «Искож».

Отработана методика экспериментальных исследований поверхностных свойств полимеров, учитывающая особенности работы с этим классом веществ, которая может быть использована в научно-исследовательских лабораториях и центрах.

Разработанные методика и установки по определению поверхностных и деформационно-прочностных характеристик полимеров используются при проведении практических и лабораторных занятий по изучению свойств полимеров на физическом факультете КБГУ.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Выявленная зависимость экстремумов на изотермах межфазного натяжения и работы адгезии от числа нитрильных групп в смесях полимеров ПВХ+СКН: чем больше число нитрильных групп, тем ярче проявляется экстремум на изотермах.
  2. В формировании объемных физико-химических свойств изученных полимерных композиций важную роль играют процессы, протекающие на межфазных границах. Корреляция экстремумов на изотермах межфазного натяжения и работы адгезии с максимумами межфазной энтропии свидетельствует о протекании в переходных слоях процессов упорядочения.
  3. Повышение степени полярности компонентов полимерной композиции приводит к снижению межфазной энергии и увеличению работы адгезии, а следовательно, прочности композиции.
  4. Определяющую роль в формировании прочностных свойств полимерных композиций играют процессы, протекающие в переходных слоях, на что указывают экспериментально установленные зависимости прочности и межфазного натяжения от концентрации компонентов и числа нитрильных групп.
  5. Выведенное на основе молекулярно-кинетической теории соотношение для оценки толщины диффузионного слоя в бинарных полимерных композициях.


Апробация результатов. Основные результаты диссертации докладывались на конференциях различных уровней: на Всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых и аспирантов «Перспектива–2001», «Перспектива–2006» и «Перспектива–2007», (ЭНУБ КБГУ, п.Эльбрус), на Всероссийской научной конференции аспирантов и молодых ученых, (Самара, 2000 г.), на Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003 г.), на III Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры-2004» (Москва, МГУ, 2004 г.), на IV Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы (Нальчик, КБГУ, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них две  в рекомендуемых ВАК журналах.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков и 7 таблиц. Список литературы включает 186 наименований. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи исследования, сформулированы научная новизна и практическая ценность. Изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации приводится обзор литературы по поверхностным и механическим свойствам полимеров и полимерных композиций, а также их взаимосвязи.

Теории поверхностных явлений, задачам и методикам определения поверхностных характеристик полимеров, находящихся в различных фазовых состояниях много внимания уделено такими российскими и зарубежными учеными, как: Берлин А.А., Басин В.Е., Воюцкий С.С., Липатов Ю.С., Пригожин И., Русанов А.И., Пугачевич П.П., Бегляров Э.М., Камалян Р.М., Лавыгин И.А., Зисман В.А., Кондо С., Оно С., Ли Л. и т.д.

В первом параграфе представлены подходы к определению поверхностных характеристик полимеров и полимерных композиций различных авторов и обзор данных по поверхностному натяжению жидких полимеров и их растворов, свободной поверхностной энергии полимеров в твердом состоянии и межфазного натяжения на границах полимер жидкость и полимер – газ, полученных различными методами.

Второй параграф посвящен механическим свойствам полимеров, в частности – прочности полимеров, так как при выборе того или иного полимерного материала зачастую решающую роль играют именно параметры прочности.

В развитие теории прочности большой вклад внесли Бартенев Г.М., Журков С.Н., Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. и другие представители советской и российской полимерной науки. Благодаря их усилиям различные подходы к проблеме прочности полимеров объединены в единую молекулярную термофлуктуационную теорию прочности.

Здесь также представлен обзор научной литературы, посвященный вопросам физико-механических свойств полимеров.

В третьем параграфе рассмотрены вопросы взаимосвязи поверхностных явлений и параметров, характеризующих поверхность, с физико-механическими свойствами полимеров.

В завершении первой главы приводятся краткие выводы, из которых вытекают цели и задачи исследований.

Во второй главе определены объекты и методы исследования.

Выбору методов исследования поверхностных и механических характеристик полимеров предшествует достаточно подробное рассмотрение и анализ их на основе литературных данных в параграфах 1 и 2.

Для вычисления значений поверхностного натяжения исходных компонентов и расплавов композиций в различных весовых соотношениях пользовались методом «парахора». Межфазные натяжения твердых полимеров на границах с жидкостью и воздухом определены методом «нейтральной капли», используя экспериментально найденные значения краевых углов смачивания полимерной подложки жидкостью с известным поверхностным натяжением, не взаимодействующей с полимером.

При изучении механических свойств полимеров и полимерных систем были применены методы исследования деформационно-прочностных свойств.

В третьем параграфе даны особенности объектов исследования.

Четвертый параграф посвящен обоснованию выбора объектов исследования. Объектами исследования являются полимерные композиции на основе поливинилхлорида и бутадиен-акрилонитрильных эластомеров с различным содержанием (18, 26 или 40) CNгрупп. Все смеси были приготовлены из одной производственной партии поливинилхлорида марки ПВХ С70 и из одной партии каучука (СКН–18, СКН–26, СКН–40) при одинаковых технологических режимах переработки.

Выбор объектов исследования на основе ПВХ и СКН обусловлен, во-первых, практической значимостью – основу продукции таких ведущих предприятий Кабардино-Балкарской республики, как «ООО Искож», «Кабельный завод» составляет пластифицированный ПВХ. Во-вторых, достаточной изученностью отдельных компонентов, что позволило сопоставить полученные нами результаты с литературными данными. В-третьих, возможностью регулирования морфологии композиций путем изменения технологии приготовления, межмолекулярного взаимодействия компонентов и их концентрации.

В пятом параграфе даны описания и схемы установок и оборудования, использованных в работе для определения поверхностных и механических характеристик исходных полимеров и композиций на их основе.

Для экспериментального определения значений межфазного натяжения полимерных композиций и их зависимости от температуры создана установка по измерению краевых углов смачивания полимерной подложки «нейтральной» жидкостью.

В третьей главе приведены расчетные и экспериментальные значения поверхностных характеристик полимеров, полученные в ходе исследований.

Методом «парахор» были расчитаны поверхностные натяжения наиболее часто используемых в производстве полимеров и блок-сополимеров. Этим же методом расчитаны концентрационные (в вес. %) зависимости поверхностного натяжения всех трех подсистем ПВХ+СКН. Установлены линейные зависимости поверхностного натяжения от числа нитрильных групп в эластомере и содержания эластомера в композициях ПВХ и СКН (18, 26, 40) (рис. 1).

 Зависимость поверхностного-0

Рис. 1. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации
в композициях ПВХ+СКН.

В работе также изучена временная зависимость угла смачивания, работы адгезии на границе «полимер–жидкость» и значений межфазного натяжения на границах «полимер–жидкость» и «полимер–воздух» в системе «полимерная подложка смачивающая жидкость воздух». В качестве полимерной подложки взяты композиции ПВХ+СКН (18, 26, 40). Показано, что указанные параметры слабо меняются со временем до двух часов выдержки системы, затем выходят на равновесное значение.

По результатам исследования установлено влияние поверхностных свойств исходных компонентов и режима приготовления на поверхностные свойства композиции. Полученные данные представлены в таблице 1.

Значения работы адгезии и межфазной энергии на границе полимер–воздух для композиций, приготовленных смешением выше ТС ПВХ несколько выше тех же значений для композиций, приготовленных смешением ниже ТС ПВХ. Также выявлено, что в композициях с равными соотношениями компонентов межфазная энергия на границе раздела полимер–жидкость уменьшается, а величина межфазной энергии и значение работы адгезии на границе полимер–воздух возрастают с уменьшением числа нитрильных групп в эластомере. Такое поведение поверхностных характеристик связано со свойствами исходного компонента – эластомера.

Таблица 1.

Значения межфазных энергий на границах раздела и работы адгезии
(при Т=293К)

Полимер/композиция МЭ, тп (мДж/м2) МЭ, тж (мДж/м2) Работа
адгезии (мДж/м2)
ПВХ 65,2 21,8 102,8
СКН–18 57,9 37,6 79,7
СКН–26 58,8 35,9 82,6
СКН–40 61,1 33,1 87,3
СКН–18+ПВХ 1:1 (выше ТС ) 63,6 28,1 95,1
СКН–26+ПВХ 1:1 (выше ТС ) 60,1 34,8 84,5
СКН–40+ПВХ 1:1 (выше ТС ) 58,7 36,5 81,7
СКН–18+ПВХ 1:1 (ниже ТС ) 59,6 35,4 83,6
СКН–26+ПВХ 1:1 (ниже ТС ) 58,3 37,1 80,7
СКН–40+ПВХ 1:1 (ниже ТС ) 56,1 39,7 75,8


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.