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 | 3 | 4 | 5 |

Физико-химические свойства и строение реакторных порошков, гелей и ориентированных волокон из сверхвысокомолекулярного полиэтилена

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Галицын Владимир Петрович

Физико-химические свойства и строение

реакторных порошков, гелей и ориентированных волокон из сверхвысокомолекулярного полиэтилена

02.00.04 – Физическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

Тверь – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-исследовательский институт синтетического волокна с экспериментальным заводом»

Научный консультант: доктор химических наук, профессор Пахомов Павел Михайлович
Официальные оппоненты: Озерин Александр Никифорович член-корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова Российской академии наук, директор.
Герасимов Василий Иванович доктор химических наук, профессор; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», химический факультет, кафедра «Высокомолекулярных соединений», главный научный сотрудник.
Луцик Владимир Иванович доктор химических наук, профессор; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тверской государственный технический университет», химико-технологический факультет, кафедра «Химии», заведующий кафедрой.
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук.

Защита состоится ___ ________2012 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.263.02 ФГБОУ ВПО «Тверской государственный университет» по адресу: 170002, г. Тверь, Садовый пер., 35, ауд. 226.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тверской государственный университет» по адресу: Тверь, ул. Володарского, 44а.

С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте ФГБОУ ВПО «Тверской государственный университет» http://university.tversu.ru/aspirants/abstracts/

Автореферат разослан _____ ____________2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат химических наук, доцент ______________ Феофанова М.А.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Разработка новых и усовершенствование существующих способов получения полимерных материалов с экстремально высокими прочностными показателями относится к приоритетным задачам физики и химии полимеров. В настоящее время одним из наиболее эффективных способов упрочнения гибкоцепных полимеров с повышенной величиной молекулярной массы является способ, сочетающий методы гель-формования из горячего полуразбавленного раствора и последующего многократного вытягивания сформованного волокна. Благодаря применению этого способа, основы которого были заложены в 80-х годах ХХ века голландскими исследователями А. Пеннингсом, П. Смитом и П. Лемстрой, удалось получить высокопрочное армирующее волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). От других видов армирующих волокон (п-арамидных, углеродных, стеклянных) волокно из СВМПЭ выгодно отличается уровнем удельной разрывной нагрузки, низким значением плотности, уникальной способностью к поглощению высокоскоростного удара, химической и биологической инертностью, а также абсолютной прозрачностью во всем диапазоне радиоволн. Удачное сочетание свойств обеспечивает широкое применение волокна из СВМПЭ при создании изделий разнообразного назначения: средств индивидуальной и коллективной бронезащиты, легких конструкционных материалов для авиа-, вертолето-, судо- и автомобилестроения, радиопрозрачных защитных экранов и т.д. Мировое производство волокна из СВМПЭ, сосредоточенное в США, Голландии и Японии, увеличивается в течение последних 10-и лет на 13-15 % ежегодно и составляет в настоящее время около 12 тыс.т/год. При этом экспортные поставки волокна не превышают 6 % от объема производства и строго контролируются.





В РФ технология получения высокопрочного волокна из геля СВМПЭ была разработана в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы», ФЦП «Национальная технологическая база на 2007-2011 годы» и Программ Союзного государства России и Беларуси на 2002-2006 и 2008-2011 гг. Одно из направлений проведенных исследований, связанное с изучением свойств и строения реакторных порошков, гелей и волокон из СВМПЭ, предопределило цель и основное содержание настоящей работы.

Целью работы является:

  • изучение физико-химических свойств и строения реакторных порошков, гелей и ориентированных волокон из СВМПЭ с достаточной для технологических разработок подробностью;
  • выбор пути направленной модификации строения и свойств СВМПЭ при его синтезе и переработке в волокно с помощью методов гель-формования и ориентационного термовытягивания;
  • установление корреляции структуры полимера с механическими характеристиками ориентированного волокна;
  • получение готового волокна с высоким уровнем прочностных показателей.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  • анализ влияния условий синтеза, а также физико-химических свойств и строения реакторных порошков СВМПЭ на их способность к волокнообразованию;
  • изучение реологического поведения прядильных растворов СВМПЭ;
  • исследование строения кристаллической и некристаллической фаз гелей, полученных охлаждением полуразбавленных растворов СВМПЭ, а также надмолекулярной структуры полимера, возникающей при переходе гельксерогель;
  • изучение структурных превращений гель-волокна из СВМПЭ в процессе ориентационного термовытягивания с помощью физико-химических методов исследования;
  • сопоставление структурных и прочностных показателей волокна на различных этапах ориентационного термовытягивания;
  • изучение механики одноосного растяжения гель-волокна, предполагающей оценку влияния внешнего силового поля, а также высокоэластической и пластической составляющих деформации на прочностные показатели вытянутых образцов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  • впервые с помощью экспериментальных физико-химических методов исследования выявлена и идентифицирована цепь фазовых и структурных превращений СВМПЭ на всех этапах его переработки в высокопрочное волокно: от синтеза полимера до получения готового продукта;
  • на примере большого числа партий СВМПЭ показано, что определяющее влияние на их способность к переработке в высокопрочный продукт оказывают строение, молекулярная масса и другие свойства полимерного порошка, которые зависят, в свою очередь, от природы (типа) используемого титанмагниевого катализатора и режима полимеризации этилена;
  • с помощью реологического тестирования выявлена специфичность поведения прядильных растворов СВМПЭ, которая оказывает существенное влияние на стабильность формования гель-волокна и его способность к многократному вытягиванию;
  • исследована структура и тепловое поведение кристаллических узлов пространственной сетки гелей и ксерогелей СВМПЭ с различной предысторией, а также влияние строения неупорядоченной фазы гелей на предельную кратность вытягивания сформованного волокна;
  • получены количественные данные о направленных изменениях молекулярного и надмолекулярного строения волокна из геля СВМПЭ, способствующие его упрочнению в процессе ориентационного вытягивания;
  • определены зависимости между структурными показателями и механическими свойствами волокна с различной кратностью вытягивания;
  • на основании изучения механики одноосного растяжения гель-волокна, получено уравнение, определяющее зависимость удельной разрывной нагрузки ориентированных образцов от работы по увеличению длины волокна за счет развития высокоэластической составляющей деформации.

Практическое значение работы

Результаты проведенных исследований были использованы при выработке требований к условиям синтеза и физико-химическим свойствам СВМПЭ волоконной марки, разработке технологии получения высокопрочного волокна из геля СВМПЭ и прогнозировании механических свойств готового материала. В условиях экспериментальной установки ФГУП «ВНИИСВ» получена полифиламентная нить из СВМПЭ с прочностью 380-400 сН/текс и начальным модулем упругости 14000-14500 сН/текс, что превышает механические характеристики волокон СВМПЭ, производимых ведущими зарубежными фирмами.

Основные положения, выносимые на защиту:

  • результаты экспериментальных исследований по обоснованию требований к условиям синтеза и физико-химическим свойствам СВМПЭ волоконной марки;
  • результаты изучения реологического поведения прядильных растворов СВМПЭ в диапазоне скоростей сдвига, характерных для реальных условий формования гель-волокна;
  • результаты изучения особенностей строения гелей СВМПЭ, проявляющих склонность к многократному вытягиванию и упрочнению;
  • результаты изучения структурных превращений гель-волокна в процессе термовытягивания и оценка их влияния на механические свойства ориентированных образцов;
  • результаты изучения механики одноосного растяжения гель-волокна, обосновывающие зависимость прочностных показателей вытянутых образцов от работы по увеличению длины волокна за счет развития высокоэластической деформации.

Личный вклад автора состоит в выборе цели и постановке задач исследования, выполнении экспериментальной работы, непосредственном участии в работах, выполненных в соавторстве, анализе и обобщении результатов исследования и выводов на их основе.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на 2м Всероссийском Каргинском симпозиуме «Химия и физика полимеров в начале 21 века» (Черноголовка, 2000); 4м Международном симпозиуме «Молекулярный порядок и подвижность в полимерных системах» (С.-Петербург, 2002); XVII Менделеевском съезде (Казань, 2003); III Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры 2004» (Москва, 2004); Международной конференции «Волокнистые материалы XXI века» (С.-Петербург, 2005); 5м Международном симпозиуме «Молекулярный порядок и подвижность в полимерных системах» (С.-Петербург, 2005); Европейском конгрессе по полимерам (Москва, 2005); XVI Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов» (Самара, 2006); IV Всероссийской Каргинской конференции «Наука о полимерах 21-му веку» (Москва, 2007); конференции «Структура и динамика молекул» (Яльчик, 2007); Международном форуме по нанотехнологиям (Москва, 2008); 20й конференции «Полимерные сетки» (Гослар, ФРГ, 2010).

Материалы диссертационной работы были представлены также на 2х-17х Региональных Каргинских чтениях (Тверь, 1996-2011).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 49 печатных работ, из них 19 в рекомендованных ВАК российских и иностранных журналах; получено 3 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов и списка использованной литературы, включающего 427 наименований. Работа изложена на 339 страницах машинописного текста, содержит 94 рисунка и 34 таблицы.

Содержание работы

Первая глава «Высокопрочные волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена» носит обзорный характер. В ней приведены литературные данные о суспензионной полимеризации этилена на комплексных металлоорганических катализаторах Циглера-Натта, о влиянии условий синтеза на строение и свойства реакторных порошков СВМПЭ, а также о способности спрессованных порошков к термовытягиванию. Достаточно полно рассмотрены общие закономерности переработки СВМПЭ в высокопрочное волокно с помощью методов гель-формования и ориентационного вытягивания. Особое внимание уделено образованию гелей из полуразбавленных растворов СВМПЭ, анализу факторов, определяющих склонность гелей и ксерогелей к растяжению, рассмотрению процессов, происходящих при ориентационном вытягивании на молекулярном и надмолекулярном уровнях структурной организации полимера, и оценке влияния структурных показателей вытянутого волокна на его прочностные характеристики. Кроме этого, изложен подход к изучению механики одноосного растяжения и упрочнения гель-волокна, предполагающий разделение общей деформации на высокоэластическую и пластическую составляющие. Представленный информационный материал служит введением в основное содержание настоящей работы.

Во второй главе «Объекты и методы исследования» приведены условия получения реакторных порошков СВМПЭ на основе различных модификаций титанмагниевых катализаторов (табл. 1), а также методики приготовления гелей и ксерогелей из полуразбавленных растворов полимера.

Таблица 1

Условия получения СВМПЭ на основе различных модификаций

титанмагниевых катализаторов

Катализатор Условия синтеза
тип состав содержание титана, [Ti], % размер частиц, dк, мкм давление этилена, Р, атм температура синтеза, Тс, 0С
ИКТ-8-20-ТС (ТС) nTiCl.MgClк(OR')р n = 0,04-0,08 к = 1,5-1,8 р = 0,2-0,5 R' –С2Н5 2,9-3,2 3,0-3,5 0,7-1,2 45-55
3,1-3,6 9,6-11,2 2,0 55-60
4,0 70
0,3-1,4 6,5-7,4 2,0-3,8 60-65
ИКТ-8-20-НШ (НШ) аTiCl4.MgCl2.bR2О а = 0,02-0,05 b = 0,01-0,05 R –СН3; С2Н5 0,4-0,7 3,8-6,8 4,0 60-65
3,8-4,0 5,0-6,2 2,0-4,0 55-70


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:







 
© 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.