РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1.Объекты исследования
Полимеры для использования в качестве матрицы композиционного материала
выбирались исходя из учета комплекса физико-механических свойств и возможностей
проявления отклика на действие силовых полей. В качестве полимерной матрицы
использовали поли-4-метилпентен-1 (П4МП-1), фторопласт -2М (Ф-2М), пентапласт
(ПТП). В качестве наполнителей выбрали ферро- и слабомагнитные порошки (Fe, Ni,
Co, нанокобальт, TiO2, MoS2, графит, цеолит и др.).
Макромолекула пентапласта содержит 45,5 % хлора, что обеспечивает полимеру
самозатухающие свойства. Хлорметильные группы у неопентильного углерода в
значительной степени экранируют цепь, а отсутствие водородных атомов в
-положении придает пентапласту относительно высокую термическую стойкость [72].
В различных конформациях модели молекулы можно представить следующим образом
(рис.2.1):
Рис.2.1. Модели различных конформаций молекул [72]
Все три изомера сосуществуют в ПТП, определяя его кристаллические модификации.
В кристаллах -формы преобладает гош-гош-изомер, в кристаллах -формы –
транс-транс-изомер. ПТП кристаллизуется в двух кристаллических формах. Разница
между ними обусловлена различиями в упаковке смежных цепей макромолекул.
Характерно, что б- и b-модификации ПТП сосуществуют в широком интервале
температур и при разных способах обработки полимера, тогда как в других
полимерах в обычных условиях всегда преобладает одна основная форма. В табл.2.1
приведена характеристика кристаллических модификаций ПТП [72].
ПТП в б-форме образуется преимущественно при медленном охлаждении расплава
полимера, (b-форма – при быстром охлаждении и последующей выдержке при
комнатной температуре или прогреве выше температуры стеклования). Кинетика
кристаллизации в обоих случаях различна, так как внутренняя вязкость аморфного
(каучукоподобного) полимера неодинакова и изменяется между 423 и 303 К в 104
раз. При медленной кристаллизации из раствора возникает в основном b-форма. В
технических изделиях из пентапласта степень кристалличности составляет 20-30 %
и преобладает b-фаза. В таблице 2.2 приведены основные электрические
характеристики образцов ПТП в виде прессованных пластин толщиной 1-2 мм.
В большинстве известных работ приводится значение температуры плавления ПТП
443-453 К. При этом б- и b- модификации плавятся при несколько различных
температурах. ПТП широко используется в узлах трения. Он в 2,5-3 раза более
износостоек, чем капрон.
Конформация макромолекул поли-4-метилпентена-1 (П4МП1) характери-зуется
наличием спирали и содержит семь мономерных звеньев на два витка спирали (см.
рис.2.2). Кристаллографические рефлексы на рентгенограммах идентифицируются на
основании тетрагональной ячейки с параметрами а=b=18,66 и с=13,8. В
элементарной ячейке содержится четыре макромолекулярных цепи. Рассчитанная
плотность кристаллической решетки составляет 813 кг/м3, что существенно меньше,
чем экспериментально наблюдаемые значения плотности 831 кг/м3 частично
кристаллического полимера и плотность аморфных областей, близкая к 838 кг/м3
[73].
Таблица 2.1
Характеристики модификаций ПТП [72]
Кристаллическая модификация
Система кристаллов
Орторомбическая
Моноклинная
Температура плавления, К
553, 561, 563
553, 561
Плотность, кг/м3, кристаллическая фаза
1469; 1470
1455; 1470
Аморфная фаза
1366; 1386
1395
Угол рассеяния основных рефлексов,
2 град
21037'
14035'
Параметры кристаллической ячейки:
a, нм
0,816; 1,785
0,685; 1,142
b, нм
1,785; 0,816
1,142; 0,706
c, нм
0,482; 0,48
0,475; 0,482
109048'; 11405'
Число мономерных звеньев
Таблица 2.2
Характеристики образцов ПТП [72]
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом·м;
1·1016
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·м
1·1018 – 3·1018
Тангенс угла диэлектрических потерь:
при 50 Гц
0,011
103 Гц
0,014
106 Гц
0,011
Диэлектрическая проницаемость:
при 103 Гц
3,1
106 Гц
3,2
Электрическая прочность, кВ/мм
21–27
Рис.2.2. Расположение макромолекул в кристаллической решетке П4МП1. (Точки на
кольцах указывают положение углеродных атомов хребта. Показано также
направление вращения спирали макромолекулы (R – правое, L – левое)) [73]
Образование трещин при пластических деформациях П4МП1 развивается довольно
своеобразно: начиная от грани пластины, параллельной направлению растяжения, и
распространяясь вглубь пластины. Однако пластическая деформация П4МП1 лишь
частично связана с развитием трещин – другим механизмом является переориентация
молекул под действием внешних напряжений. Распрямление макромолекул с переходом
к фибриллярной структуре происходит в основном в направлении растяжения. В
некоторых случаях в П4МП1 наблюдается микромозаичность структуры, образованной
в результате деформирования. Эта микромозаичность связана со скольжением по
плоскостям, составляющим угол ~30-45° к направлению растяжения и, возможно,
определяется доменной структурой исходного монокристалла.
Фторопласт (Ф-2 и Ф-2М) отличается от других фторопластов (табл. 2.3) самой
большой прочностью и твердостью (до 90 МПа по Бринеллю), он не хладотекуч под
нагрузкой, обладает повышенной упругостью, стойкостью к абразивному износу и
воздействию ультрафиолетовой и ионизирующей радиации. Ф-2М – трудногорючий
материал. Диапазон рабочих температур – от 233 до 408 К. Из термопластичных
фторполимеров Ф-2М является наиболее дешевым. Он легко сваривается и
перерабатывается из расплава всеми известными для термопластов способами при
сравнительно невысоких температурах, растворяется в ацетоне и других
растворителях.
Известно, что Ф-2 и Ф-2М имеет высокие физико-м
- Київ+380960830922