CC BY
43
6
Известия ДГПУ, №4, 2013
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ
НАУКИ
УДК 541.64:532.72
ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО СТАРЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ
ВК- 41 АРМОС, ВК- 41 СВМ
THE INFLUENCE OF PHYSICAL AGING ON ELECTRIC PROPERTIES OF METAL-POLYMER COMPOSITES
VK - 41 ARMOS, VK - 41 SVM
© 2013 Абакаров С. А., Магомедов Г. М. Дагестанский государственный педагогический университет
© 2013 Abakarov S. A., Magomedov G. M. Dagestan State Pedagogical University
Резюме. Исследована электропроводность образцов металлополимерных композитов в зависимости от температуры, с интервалом в 4 года. На графиках зависимости lgo от (103/Т) обнаружено повышение электропроводности в результате атмосферного старения образцов.
Abstract. Temperature dependence of conductivity о for metal-polymer composites have been studied at interval of four years. On the graphs of lgo from (103/T) the rise of conductivity has been found as a result of atmospheric aging of samples.
Resume. Issledovana jelektroprovodnost’ obrazcov metallopolimernyh kompozitov v zavisimo-sti ot temperatury s intervalom v 4 goda. Na grafikah zavisimosti lgo ot (1(f/T) obnaruzheno povyshenie jelektroprovodnosti v rezul’tate atmosfernogo starenija obrazcov.
Ключевые слова: электропроводность, металлополимерные композиты, адсорбция, старение.
Keywords: electrical conductivity, the metal-polymer composites, adsorption, aging.
Kljuchevye slova: jelektroprovodnost’, metallopolimernye kompozity, adsorbcija, starenie.
Среди современных конструкционных материалов ведущее место занимают композиты на основе высокомолекулярных волокон СВМ и армос.
Эти материалы широко применяются в качестве обшивки для защиты корпусов изделий от абразивных частиц, механического удара, герметизации, шумопоглощения, гашения вибрации изделий и их химической защиты. Высокие и стабильные диэлектрические свойства позволяют использовать их в изделиях электро- и радиотехнического назначения.
В авиационной промышленности органопластики (ОП) применяют для покрытия алюминиевых сплавов.
В отечественной промышленности в качестве армирующих наполнителей ОП служат в основном волокна СВМ, армос, терлон. За рубежом для этих целей используют волокна Кевлар-49. По названиям компонентов, входящих в состав, эти материалы получили название - алоры. В алорах используют алюминиевый сплав Д16АТ, В95игТ2; 01420 разной толщины и органические волокна СВМ, армос, терлон разной структу-
Естественные и точные науки •••
7
ры и толщины монослоя от 0,15ч 0,25мм.
Алоры изготавливают методом прямого прессования или автоклавного формирования при давлении 5ч10-105Па и температуре l20°C, в некоторых случаях - 1600C, органопластика, который предварительно пропитывается высокопрочным клеем типа ВК-41 (ВК-9, Вк-27, ВК-31, ВК-36).
Клей ВК-41 обладает высокой усталостной прочностью, надежностью в условиях высокой влажности и воздействия рабочих температур.
Образцы алоров, которые состоят из различных веществ (органических волокон, алюминиевого сплава, клея ВК), являются неравновесными системами. Все компоненты алоров характеризуются неравновесными состояниями, которые усиливаются на межфазных (граничных) областях.
Ранее нами были [1; 2] исследованы температурная зависимость электропроводности и тангенс угла механических потерь tgS [3] металоорганопла-стиков.
Известно, что свойства полимеров с течением времени могут изменяться из-за физического (теплового) старения [4] и перехода к термодинамически равновесному состоянию.
Анализ старения сетчатых (эпоксидных) полимеров по изменению относительного флуктуационного свободного объема в рамках кластерной модели проведен в [5; 6]. В этих работах показано, что повышение температуры стеклования Tc за счет старения эпоксиполимеров связано с повышением уровня локального порядка, характеристикой которого является vra. - плотность кластеров.
В работе [7] на примере эпоксидных полимеров двух серий показано, что локальный порядок vra. приводит к взаимосвязи молекулярной подвижности локального порядка. Фрактальная размерность Дц участка цепи между точками ее фиксации характеризует и уровень молекулярной подвижности полимера [7]. Увеличение vra. приводит к понижению Дц и подвижности цепи, что связано с охрупчиванием полимеров. Охрупчивание обусловлено физическим старением полимеров. Старение эпоксиполимеров способствует повышению
однородности кластерной наноструктуры [7]. В работе [7] делается вывод, что процесс физического старения стеклообразных эпоксиполимеров представляет собой изменение структуры и свойств со временем, что сопряжено с исходной термодинамической неравновестностью природы этих полимеров. Поэтому их физические свойства связаны как с пространственным, так и временным беспорядком в исследованных образцах.
В работах [1; 3; 8] изучена электропроводность исходных образцов в зависимости от температуры в интервале 290-550 К с повышением температуры и обратный ход с понижением температуры (рис. 1) металлоорганопластиков на основе эпоксидной смолы ВК-41.
lgo, Ом-1м-1
Рис. 1. Температурная зависимость электропроводности а исходного образца алора ВК-41: пунктирная кривая - с повышением температуры, сплошная кривая - с понижением температуры
На рисунке 1 приведен график температурной зависимости электропроводности ig Jl0! исходных образцов №
1 ОП ВК-41 СВМ [2]. На рисунке 1 видно, что lg j с увеличением температуры достигает максимума дуплетного характера для образца № 1. Для чистой эпоксидной смолы ЭД-20 [2] максимум
l J103! получается неразделенным. На-
личие этого максимума J10 | в работе
[2] объясняется дипольной поляризаци-
8
Известия ДГПУ, №4, 2013
ей молекул адсорбированной воды в электрическом поле.
Рис. 2. Температурная зависимость электропроводности а состаренного образца алора ВК-41: пунктирная кривая - с повышением температуры, сплошная кривая - с понижением температуры
Раздвоение максимума (103 ^ на
'И-)
графике образца № 1 (рис. 1) мы объясняем неодинаковостью свободной поверхностной энергии AE = а ■ AS связи молекул воды с СВМ-волокнами и с молекулами ВК-41 [2].
На рисунке 2 приведен график
lgCT
(103 л
T
К 1 J
состаренного образца № 2 та-
кого же материала, как образец № 1.
Сравнение графиков (рис. 1 и 2) показывает значительное изменение ха' 10 T
рактера зависимости 'g при изме
рении о состаренных образцов № 2 с повышением температуры. Электропроводность состаренного образца при 400 К в 120 раз выше, электропроводность образца № 1 lgo = -6 Ом-1м-1, а для № 1 lgo = -8,4 Ом-1м-1. На рисунке 2 дуплет-
ность максимума зависимости
не наблюдается: остается максимум, связанный с ВК-41, а максимум, связанный с СВМ-волокнами, отсутствует.
При температуре 400 К для обратного температурного хода образца (рис. 2) № 1 lgo = -6 Ом-1м-1 и образца № 2 lgo = -7 Ом-1м-1. Излом кривой для образца №1 имеет место при Т=385 К, а для образца № 2 - при Т=370 К. В образце № 2 при Т=385 К наблюдается насыщение электропроводности, ^о=сош1:, а в образце
№ 1 lgo продолжает увеличиваться.
Из данных исследований можно прийти к выводу, что происходит временное и пространственное значительное старение образцов алоров, приводящее к повышению электропроводности, что связано, видимо, с переходом системы алора СВМ-ВК-41-ЛЬ-СВМ-ВК-41 к равновесному состоянию. Из-за процессов диффузии атомов AL на межфазной границе между структурными элементами ВК-41, СВМ образуются кластерные наноструктуры в эпоксидных смолах ВК-41. Возможно, имеет место уменьшение фрактальных размерностей.
Литература
1. Абакаров С. А., Магомедов Г. М. Электропроводность сложных металоорганопластиков // Сборник научных работ преподавателей ДГПУ. Махачкала, 2004. С. 54-56. 2. Абакаров С. А.,
Магомедов Г. М. Влияние сорбции воды на электропроводность эпоксидной матрицы и СВМ-волокон металлоорганопластика // Современные проблемы науки и образования. Мат-лы Ежегодной научной сессии профессорско-преподавательского состава ДГПУ. Часть 3. Естественные и точные науки. Махачкала, 2008. С. 7-9. 3. Абакаров С. А., Магомедов Г. М., Магомедов М.-
З. Р. Электропроводность эпоксидных полимеров, наполненных наночастицами SiO2 // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки.
2007. № 1. С. 11-15. 4. Гаранина С. Д., Шуль Г. С., Лебедев Л. Б., Шкиркова Л. И., Щукина Л. А., Ермолаева М. А., Машинская Г. П. Влияние воды на свойства органопластиков // Механика композитных материалов. 1984. № 4. С. 652-656. 5. Козлов Г. В., Новиков В. У. Кластерная модель аморфного состояния полимеров // Успехи физических наук. 2001. Т. 171. № 7. С. 717764. 6. Козлов Г. В., Новиков В. У. Синергетика и фрактальный анализ сетчатых полимеров. М.: Классика, 1998. 112 с. 7. Козлов Г. Б., Белошенко В. А., Газаев М. А., Липатов Ю. С. Взаимосвязь между изменением температуры стеклования и структурой сетчатых полимеров при тепло-
Естественные и точные науки
• ••
9
вом старении // Высокомолекулярные соединения Б. 1996. Т. 38. № 8. С. 1423-1426.
8. Магомедов Г. М., Яхьяева Х. М., Абакаров С. А., Железина Г.Ф. Влияние природы компонентов и их взаимодействия на электрические и релаксационные свойства сложных металлополимерных композитов // Пластические массы. 2007. № 12. С. 9-11.
References
1. Abakarov S. A., Magomedov G. M. Electrical conductivity of complex metal-organo-plastics // Collection of scientific works of lecturers of Dagestan State Pedagogical University. 2004. P. 54-56.
2. Abakarov S. A., Magomedov G. M. Effect of water sorption on the electrical conductivity of epoxy matrix and SVM fibers of metal-organo-plastic // Modern problems of science and education. Materials of annual scientific session of professors and lecturers of Dagestan State Pedagogical Univer-siy. Part 3. Natural and Exact Sciences. Makhachkala. 2008. P. 7-9. 3. Abakarov S. A., Magomedov G. M., Magomedov M.-Z. R. Conductivity of epoxy polymers filled with SiO2 nanoparticles // Proceedings of Dagestan State Pedagogical University. Natural and Exact Sciences. 2007. # 1. P. 11-15.
4. Garanina S. D., Shul G. S., Lebedev L. B., Shkirkova L. I., Shchukina L. A., Ermolaeva M. A.,
Mashinskaya G. P. Influence of water on the organoplastics properties // Mechanics of composite materials. 1984. # 4. P. 652-656. 5. Kozlov G. V., Novikov V. U. Advances in physical sciences.
2001. V. 171, # 7. P. 717-764. 6. Kozlov G. V., Novikov V. U. Synergetic and fractal analysis of
cross-linked polymers. M.: Klassika. 1998. 112 p. 7. Kozlov G. V., Beloshenko V. A., Gazaev M. A., Lipatov Yu. S. Macromolecular compounds B. 1996. V. 38, # 8. P. 1423-1426. 8. Magomedov
G. M., Yakhyaeva Kh. M., Abakarov S. A., Zhelezina G. F. Effect of the nature of components and their interaction on the electric and relax properties of complex metal-polymer composites // Plastics.
2007. # 12. P. 9-11.
Literatura
1. Abakarov S. A., Magomedov G. M. Jelektroprovodnost' slozhnyh metaloorganoplastikov // Sbornik nauchnyh rabot prepodavatelej DGPU. Mahachkala, 2004. S. 54-56. 2. Abakarov S. A., Magomedov
G. M. Vlijanie sorbcii vody na jelektroprovodnost' jepoksidnoj matricy i SVM-volokon metalloorgano-plastika // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. Mat-ly Ezhegodnoj nauchnoj sessii profes-sorsko-prepodavatel'skogo sostava DGPU. Chast' 3. Estestvennye i tochnye nauki. Mahachkala,
2008. S. 7-9. 3. Abakarov S. A., Magomedov G. M., Magomedov M.-Z. R. Jelektroprovodnost' jepok-sidnyh polimerov, napolnennyh nanochasticami SiO2 // Izvestija Dagestanskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki. 2007. № 1. S. 11-15. 4. Garanina
5. D., Shul' G. S., Lebedev L. B., Shkirkova L. I., Shhukina L. A., Ermolaeva M. A., Mashinskaja G. P. Vlijanie vody na svojstva organoplastikov // Mehanika kompozitnyh materialov. 1984. № 4. S. 652656. 5. Kozlov G. V., Novikov V. U. Klasternaja model' amorfnogo sostojanija polimerov // Uspehi fizicheskih nauk. 2001. T. 171. № 7. S. 717-764. 6. Kozlov G. V., Novikov V. U. Sinergetika i frak-tal'nyj analiz setchatyh polimerov. M.: Klassika, 1998. 112 s. 7. Kozlov G.B., Beloshenko V. A., Gazaev M. A., Lipatov Ju. S. Vzaimosvjaz' mezhdu izmeneniem temperatury steklovanija i strukturoj setchatyh polimerov pri teplovom starenii // Vysokomolekuljarnye soedinenija B. 1996. T. 38. № 8.
S. 1423-1426. 8. Magomedov G. M., Jah'jaeva H. M., Abakarov S. A., Zhelezina G. F. Vlijanie prirody komponentov i ih vzaimodejstvija na jelektricheskie i relaksacionnye svojstva slozhnyh metallo-polimernyh kompozitov // Plasticheskie massy. 2007. № 12. S. 9-11.
Статья поступила в редакцию 23.10.2013 г.
