РОЗДІЛ 2
ОБ’ЄКТИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Характеристика досліджуваних зразків
Першими для дослідження були обрані класичні нанокомпозити на основі
комерційного поліаміду 6 (RTP Co., Winona, MN; позначений постачальником як
200А) та монтморилоніту, який є типовим представником 2:1 шаруватих силікатів
пакетної будови з дуже високим відношенням довжини до товщини (товщина окремої
пластини становить 1 , довжина – від 100 до 1000 ; питома поверхня – близько ).
Монтморилоніт, що використовували для приготування досліджуваних
нанокомпозитів, був модифікований органічними іонами з гідрофобними хвостами.
Вказані вище вихідні компоненти були поєднанні в екструдері для отримання трьох
нанокомпозитів з 2.5, 5.0 і 7.5 мас. % монтморилоніту (зразки 299F, 299E і
299D, відповідно).
Отримані від постачальника зразки вміщали вологу до 2.5 мас. %, тому для
визначення впливу вологи були вивчені як перші (серія 1) так і зразки
вакуумовані при 393 до постійної маси (серія 2).
Другими об’єктами дослідження слугували нанокомпозити на базі поліпропілену і
органомодифікованих частинок аеросилу [151]. Для їх виробництва
використовувався ізотактичний поліпропілен (ПП) (тип F401, індекс течії
розплаву ІТР=) наданий Guangzhou Petroleum Chemical Co., China. Для послаблення
тенденції до агломерації наночастинки пірогеного аеросилу (Aerosil 1380,
Degussa Co., Germany; середній розмір , густина ) були попередньо модифіковані
шляхом радіаційного прищеплення стиролу. Для чого перед змішуванням з мономером
стиролу їх було прокалено при 120 °С на протязі 5 годин з метою усунення
можливо адсорбованої води на поверхні. Далі суміш мономер/частинки (масове
відношення 20/100) і певна кількість розчинника було опромінено
-випромінюванням (потужність дози опромінення 1 ) при кімнатної температурі і
атмосферному тиску. Після досягнення дози 10 розчинник видаляли, а порошок,
який залишився, висушували перед поєднанням з термопластичною матрицею.
Нанокомпозити отримували змішуванням одногвинтовим екструдером (25 об/хв.) при
температурі 200°С визначеної кількості поліпропілену і модифікованого
наповнювача. Таким чином, було отримано нанокомпозити з об’ємним вмістом
наповнювача 0, 0.39, 0.65, 1.96 і 4.68% (відповідно зразки ПП-0, ПП-0.39, і
т.д.).
2.2. Метод деформаційної калориметрії
Для повного термодинамічного опису процесу деформації досліджуваних матеріалів
був вибраний метод деформаційної калориметрії [67, 152], що полягає в
одночасному вимірюванні роботи (), яка йде на деформацію (одноосьове
розтягування) зразка, і поглинутої зразком теплоти (). Сумуючи роботу і
теплоту, отримуємо зміну внутрішньої енергії () зразка у процесі
деформації:5612
57358
Блок-схема експериментальної установки зображена на рис. 2.1. Калориметр являє
собою калориметр Кальве [153], який складається із двох циліндричних комірок
висотою 0.15 і діаметром 0.012 . На внутрішній і зовнішній поверхні кожної
комірки розміщено по 836 зварених термопар мідь-константан. Товщина як мідної,
так і константанової дротини складає 0.3 . Комірки розміщені всередині мідного
циліндричного блоку діаметром 0.065 таким чином, щоб забезпечити кращий
тепловий контакт зовнішніх термопар з мідним блоком. Для термоізоляції і
зменшення градієнта температури, викликаних зовнішніми джерелами тепла,
використовували різні теплоізоляційні матеріали, а також металічні (мідь,
алюміній) екрани і мідні розсіюючи конуси [153]. Для підсилення сигналу
термопар використовували фотогальванічний підсилювач 6ПВ.367.436.
Рис. 2.1. Блок-схема деформаційного калориметра. 1 – досліджуваний зразок; 2
–калориметричний блок; 3 – фотогальванічний підсилювач; 4 – діаграмний
самописець; 5 – розривна машина; 6 – вимірювач сили; 7 – вимірювач переміщення;
8 – двохкоординатний самописець; 9 – адіабатична оболонка.
Сигнал з виходу підсилювача подавали на діаграмний самописець КСП-4.
Калібрування мікрокалориметра виконували шляхом подачі певної напруги на
відомий опір, розміщений в робочій комірці. Максимальна чутливість
калориметричного блоку складала 510-6 шкали самописця.
В якості розтягуючого пристрою застосовували розривну машину ZP-10, що
додатково оснащена вимірювачем видовження на основі прецизійного реохорда і
тензорезисторним вимірювачем сили балочного типу [154].
Сигнал з вимірювачів видовження і сили подавався відповідно на входи ”X” і “Y”
двохкоординатного самописця ПДА-1. Робота визначалась як , де – сила , , , –
відповідно біжуча, початкова і кінцева довжини зразка. Максимальна чутливість
вимірювача сили 0.1 шкали самописця. Абсолютна похибка вимірювання видовження
не перевищувала 0.015 . Швидкість деформації в усіх дослідженнях була однаковою
і мала величину 10% від довжини зразка за хвилину. Деформація при дослідженні
зразка набиралась ступінчате, з витримкою порядку 10-20 між кожним
розтягуванням (час витримки визначався по закінченню процесів теплової
релаксації).
Розрахунок величин , і виконували слідуючим чином. Оскільки визначається площею
під кривою , то
де – калібрувальний коефіцієнт; – маса кальки площею рівною площі під кривою ,
яка перенесена з діаграмної стрічки на кальку рівної товщини.
де – сила, якої відповідає відхилення на 100 пера самописця по координаті „”; –
переміщення балки якому відповідає відхилення на 100 пера самописця по
координаті „”; – маса кальки розміром 100100.
де – сила прикладена до балки; – переміщення пера самописця по координаті „”.
де – переміщення балки; – переміщення пера самописця по координаті „”.
де – калібрувальний коефіцієнт; – маса кальки, яка від
- Київ+380960830922