CC BY
47
Ю.К.МАШКОВ, И.В.РЕВИНА
Омский государственный технический университет
УДК678.742:539.621
ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ И АДГЕЗИОННЫЕ СВОЙСТВА РАДИАЦИОННО - ОБЛУЧЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ_
ИССЛЕДОВАНО ВЛИЯНИЕ у - ОБЛУЧЕНИЯ НА ИЗМЕНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭНЕРГИИ, ЕЕ ДИСПЕРСИОННОЙ И ПОЛЯРНОЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. АНАЛИЗИРУЮТСЯ ПРИЧИНЫ. ВЫЗВАВШИЕ ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРОФТОР-ЭТИЛЕНА.
Поверхностная энергия - прямое проявление межмолекулярных и межфаэных взаимодействий на поверхности твердых тел. Свободная энергия на поверхности раздела двух конденсированных фаз известна под названием межфазного натяжения. Известно, что поверхностная энершя зависит от химического строения, структуры, плотности упаковки, характера релаксационных процессов в полимерах [1].
В результате радиационного облучения в полимерных композиционных материалах (ПКМ) наблюдается ряд эффектов: морфологические и структурные изменения, возникновение макрорадикалов и новых функциональных групп, разрушение химических связей и образование новых, изменение молекулярной массы и т.д. Перечисленные эффекты приводят к изменению состояния поверхности, свободной поверхностной энергии, следствием чего является изменение некоторых свойств поверхности, таких, как адгезионная способность, смачиваемость, антифрикционные свойства и т.д. [1,2].
Цель работы - исследование влияния радиационного облучения на поверхностную энергию модифицированных ПКМ; определение адгезионной прочности облученных ПКМ, определяемых интенсивностью межфазного взаимодействия.
В качестве объектов исследования были выбраны два ПКМ на основе политетрафторэтилена (П'ГФЭ) - Ф4К20 и Ф4УВ5ДМЗ. Для радиационного модифицирования ПКМ использовали ^-облучение, которое осуществляли на установке «Исследователь» в интервале доз облучения до 3x105 Гр.
Измерение свободной поверхностной энергии производили наиболее простым косвенным методом по углам смачивания [1-3]. Этот метод, развитый сначала для ниэ-
коэнергетических поверхностей, в последнее время с успехом применяется при исследовании других объектов, в том числе и полимеров [4]. За основу определения поверхностной энергии была выбрана методика Кэйбла, а расчеты осуществлялись по формуле Фаукса [5]. Работа адгезии \Л/Д рассчитывалась по следующей формуле:
Мд = Чкг(1 +С050), где и^ - свободная поверхностная энергия на границе раздела жидкость-газ; О - угол смачивания.
Измерение краевого угла смачивания осуществлялось на микроскопе ММИ-2 (ГОСТ 8074-56) через 60 с после нанесения на поверхность исследуемого ПКМ капли жидкости, имеющей объем 0,4х10"3 см3. В качестве жидкостей использовали дистиллированную воду и декалин.
Экспериментальные зависимости краевого угла смачивания поверхностей ПКМ (Ф4К20, Ф4УВ5ДМЗ) от дозы поглощенной энергии у-облучения показали, что для обеих жидкостей наблюдается уменьшение краевого угла смачивания с повышением дозы облучения, что является следствием увеличения поверхностной энергии ПКМ и уменьшения гидрофобности при облучении.
Результаты проведенного по углу смачивания расчета поверхностной энергии для ПКМ на основе ПТФЭ приведены в таблице 1.
Результаты показывают, что после у-облучения происходит некоторое увеличение полной поверхностной энергии, причем полярная компонента ■иргг увеличивается примерно в 2 раза по сравнению с незначительными изменениями дисперсионной и"тг составляющей. Увеличение полярной составляющей обусловлено образованием водородных связей на поверхности облученных ПКМ и может свидетельствовать о том, что в процессе облучения увеличивается количество полярных групп [2, 5].
Таблица 1
Поверхностная энергия ПКМ на основе ПТФЭ при различных дозах поглощенной энергии у-облучения.
М атериал Доза облучения, Гр Поверхн остная энергия, мДж/м2
1) тг г)ртг
0 26,7 25,3 1,4
102 26,3 24,8 1,5
Ф4К20 1 О3 28,8 27,3 1,5
ю4 28,3 26,5 1,8
ю5 29,5 27,5 2,0
ЗхЮ5 3 0,3 27,9 2,4
0 2 5,8 24,6 1,2
102 26,2 25,0 1,2
Ф4У В5ДМЗ 1 о3 26,2 24,9 1,3
ю4 27,3 25,9 1,4
ю5 28,6 26,9 1,7
ЗхЮ5 29,3 27,4 1,9
Многочисленные связи между величиной поверхностной энергии и соотношением адгезионной прочности, определяемой интенсивностью межфаэного взаимодействия, приведены в [3]. Результаты расчета работы адгезии у-облученного ПКМ (Ф4К20 и Ф4УВ5ДМЗ) в зависимости от дозы поглощенной энергии облучения приведены в таблице 2. Анализ результатов показывает, что наблюдается увеличение работы адгезии с повышением дозы поглощенной энергии облучения. Это может быть обусловлено стабилизацией радикалов в поверхностных слоях полимера в полярные группы или легко поляризующиеся сопряженные связи. Кроме того, при радиационной обработке образует-
Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:
1) для у-облученных ПКМ наблюдается улучшение смачиваемости поверхности, что связано с увеличением поверхностной энергии, преимущественно за счет полярной составляющей;
2) Увеличение поверхностной энергии у-обпученных ПКМ способствует повышению адгезионного взаимодействия ПКМ на основе ПТФЭ с металлами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. - М. : Мир, 1979.-568 с.
2. Пугачевич П.П., Бегляров Э.М., Лавыгин И.А. Поверхностные явления в полимерах. - М.: Химия, 1982. -198 с.
3. Берлин A.A., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров.
А.И. ОДИНЕЦ Н.С. КАЗАКОВ Е.Г. РУДЕНКО
ОмГТУ,
ООО "НИИ "Автоматизация", ОАО "Омскагрегат"
УДК 543.423+621.317
С целью повышения достоверности и точности контроля состава материалов во всем диапазоне спектрального анализа предлагается использовать два стандартных образца предприятия. Один из них Сэ1 с минимальным содержанием элемента является основным эталоном. Его параметры определяют начало координат в системе отсчета С=^П), где П - измеряемые параметры спектральных линий. Для фотографических методов исследования этим параметром является разность почернений ДБ.
При указанных условиях концентрация С 4э1 0 должно быть меньше минимального содержания данного элемента С 4гптг 0 по государственным стандартам. Обычно
С =0,8 С (1)
э1 * т юг л '
Если это условие не выполняется, то производится перерасчет по выражению [1]:
(С11/Сэ1)-1д(0.002я8ср1)'1д[0.001л(Х5<1+А5э1)]/ Лд(0.002пЗх1) = «д[0.001 п(1Бж1-Д5а1)], (2)
ся электретное состояние [6], что также приводит к изменению адгезионной активности.
Кроме того, в результате ионизирующего облучения полимеров наблюдается деструкция макромолекул с образованием низкомолекулярных фракций, которые можно рассматривать как поверхностно-активные вещества. Их существование влияет на изменение молекулярной подвижности, ускорение релаксационных процессов, снижает напряжение в поверхностном слое. [7], что также способствует изменению адгезионной активности поверхностных слоев радиационно-модифицированных ПКМ.
Таблица 2
-М.: Химия, 1974.-392 с.
4. Липатов Ю.С. Межфазные явления в полимерах. -Киев: Наукова думка, 1980. - 260 с.
5. Ван Кревелен Д.В. Свойства и химическое строение полимеров. - М.: 1976. -414 с.
6. Электрета / Пер. с анг. под ред. Г. Сесслера. - М.: Мир 1983.-487 с.
7. Мэжон Дж. Полимерные смеси и композиты / Под ред. Ю.К. Годовского. - М.: Химия, 1979. -440 с.
МАШКОВ Юрий Константинович - зав. кафедрой «Материаловедение и технология конструкционных материалов» ОмГТУ, д.т.н., профессор.
РЕВИНА Ирина Вячеславовна - к.т.н., зам. нач. учебного отдела.
где Б^Э^-измеренные почернения линии элемента и ее линии сравнения для основного стандартного образца (^З11=311+Бср1); Сл1-концентрация элемента в основном стандартном образце; ДБ^^^-З^-разность почернений линии элемента и линии сравнения в основном эталоне.
Из уравнения (1) определяется концентрация основного эталона, а из (2) - разность почернений ДЗз1 основного эталона. Тогда, исходя из условий равновесных систем,
I Эз^^л^, (3)
откуда параметры почернений основного эталона: |2Э1 =(£Зж,+ДЗэ1)/2; [Б^а^-ДБ^/г. (4)
Второй стандартный образец выступает в роли дополнительного эталона. Его значение определяет угол наклона выходной характеристики и зависит от величины
Работы адгезии ПКМ на основе ПТФЭ в при различных дозах поглощенной энергии -/облучения.
Доза у-облучения, Гр. 0 102 103 104 105 ЗхЮ5
Материал Работа адгезии, мДж/м2
Ф4К20 63,8 64,0 64,9 66,1 68,7 71,2
Ф4УВ5ДМЗ 62,0 622 62,7 65,2 68,5 70,2
МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ АНАЛИЗОВ С ДВУМЯ СТАНДАРТНЫМИ ОБРАЗЦАМИ ПРЕДПРИЯТИЯ
РАССМАТРИВАЕТСЯ МЕТОД КОНТРОЛЯ СОСТАВА МАТЕРИАЛОВ, В КОТОРОМ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ И ТО ЧНОСТИ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ДВА СТАНДАРТНЫХ ОБРАЗЦА ПРЕДПРИЯТИЯ. ПЕРВЫЙ ИЗ НИХ ЯВЛЯЕТСЯ ОСНОВНЫМ ЭТАЛОНОМ И ОПРЕДЕЛЯЕТ НАЧАЛО КООРДИНАТ, А ВТОРОЙ ОПРЕДЕЛЯЕТ УГОЛ НАКЛОНА ВЫХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ.
