CC BY
22
объемного заряда в детекторных структурах. Баланс между двумя этими уровнями (соотношение концентраций, однородность распределения по объему) будет, по всей вероятности, определять характеристики детектора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Атомная энергия. В.М Залетин, О,В Кривозубов. М.А. Торлин, В.И.Фомин.-1987,- Т. 63, вып. 2.-140 с.
2. Дийодид ртути . Получение, свойства, применение / В.А. Гайслер, В.М. Залетин, Н.В. Лях и др. - Новосибирск: Наука. 1984 - 103 с.
3. Вертопрахов В.Н., Сальман В.Г. Термостимулированные токи в неорганических веществах,- Новосибирск: Наука, 1979.-331 с.
4. Whited R.C., Van den Berg L. // IEEE Trans, on Nucl. Sci..-1977,- NS-24, 1,- P.165.
5. Gelbart V.. Yacoby Y., Beinglass I., Holzer A. // IEEE Trans, on Nucl. Sci. .-1977.-NS-24. 1.-P.135.
6. Friant A., Mellet J.. Salion C.. Brahim T.M. // IEEE Trans on Nucl. Sci. .-1980,- NS-27, 1.-P.281.
7. De Blasi C., Galossini S., Manfredotti C. // Nucl. Instr. and Meth..-1978.- 150.1.-P. 103.
8. Tadjene A., Galossini D.. Manfredotti C. // Nucl. Instr. and Meth..-1983.-213.-P. 77.
9. BrahimT.M.. Riant A.. Mellet J. // Fhys. stat. sol., (a).-1983 -79.-P.71.
УДК 539.2: 678.743.41
ВЯЗКОУПРУГИЕ СВОЙСТВА НАПОЛНЕННОГО ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА В
ВЫСОКОЭЛАСТИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ
О.В. Кропотин, В.И.Суриков, В.А.Федорук
Омский государственный технический университет
by mechanical relaxation methods the concentration dependence of viscoelastic characteristics of polytetrafluoroethylene with carbon fibre and metallic filler has been established bu mechanical relaxation methods. The correlation of changes of viscoelastic
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) относится к линейным кристаллическим полимерам, композиции на основе которого широко используются в качестве конструкционных и антифрикционных материалов благодаря комплексу
уникальных физических свойств. Введение наполнителей различного типа приводит к различного характера изменениям свойств кристаллических полимеров, в том числе и политетрафто-рэтилена(ПТФЭ) [1-3]. На сегодняшний день
{&Ы0
1д СЩ
кп
170
ЪЮ Т. К М
Рис. 1. Температурные зависимости модуля сдвига и фактора потерь для исследуемых образцов: 1дС , 1д8. 1-ПТФЭ, 2 - ПТФЭ-1 %ДБ, 3 - ПТФЭ-10 %УВ
ЩйШШ:
нет общепризнанного и завершенного подхода, способного объяснить закономерности влияния наполнителей на структуру и свойства полимеров этого класса,
Цель настоящей работы - показать на примере политетрафторэтилена влияние структурных изменений, обусловленных наполнителями разного типа, на вязко-упругое поведение полимера в высокоэластическом состоянии. В качестве объектов исследования выбраны две модельные системы: "ПТФЭ - УВ" и "ПТФЭ - ДБ", где УВ -измельченное углеродное волокно марки "Урал Т-10" с длиной волокон 50-250 мкм; ДБ - мелкодисперсный бронзовый порошок с размерами частиц = 71мкм: х - массовая доля наполнителя, варьируемая в пределах от 0 до 30%. Материалы готовились методом сухого смешивания с последующим свободным спеканием.
Вязкоупругие свойства изучали на обратном вертикальном крутильном маятнике методом свободных затухающих колебаний на частоте 1-2 Гц в диапазоне температур от 125 до 425 К с погрешностью по динамическому модулю сдвига С 3-5 % и по фактору потерь 5-8 %.
Кривые температурных зависимостей динамического модуля сдвига и фактора потерь для некоторых изученных материалов приведены на рис.1, из которого следует, что ход температурных зависимостей С и 1д8 для образцов модельных систем в целом соответствует аналогичным зависимостям ненаполненного ПТФЭ. Отличия наблюдаются в величине и степени уширения трех максимумов . соответствующих двум релаксационным и одному структурному переходу [4,5].
На рис.2 показаны концентрационные изотермы модуля сдвига С композиций ПТФЭ-ДБ (кривая 1) и ПТФЭ-УВ (кривая 2). Для материалов с бронзовым наполнителем экстремальный характер зависимости С от концентрации наполнителя ф наблюдается в области малых концентраций (менее 5 %). В области концентраций более 5 % имеет место незначительный рост С с ростом ф. что характерно для свойств композиций, подчиняющихся правилу механической смеси. Изменение С с изменением доли наполнителя хорошо согласуется с концентрационной зависимостью величины максимального значения фактора потерь 1д5тах при механическом стекловании аморфной фазы ПТФЭ. Кривая зависимости 1д5тах от ф представлена на рис. 3 (кривая 1). Такая корреляция может быть объяснена в первую очередь изменением соотношения кристаллической и аморфной фаз в образцах с разным содержанием наполнителя. Известно, что высота максимума фактора потерь tgSmax при стекловании зависит от степени кристалличности полимера. Поэтому в образце, содержащем 1 % ДБ, степень кристалличности максимальная по сравнению с другими образцами (1д8тах имеет минимальное значение). Это одна из причин аномального значения С материала с 1 % ДБ. Косвенным подтверждением вышесказанного является изменение вида спектра внутреннего трения ПТФЭ с 1% примеси ДБ. наблюдаемое в области температур, соответствующих молекулярной подвижности в паракристаллической фазе (370-400 К). Начиная с 5 % ДБ спектр восстанавливается и принимает
сгпа
ф,масс.%
Рис. 2 Концентрационные зависимости динамического модуля сдвига С при Т=350 К: 1 - ПТФЭ-ДБ. 2 - ПТФЭ-УВ
ф,масс.% 11
Рис.3. Концентрационные зависимости относительной интенсивности максимума фактора потерь для процесса стеклования: 1 - ПТФЭ-ДБ. 2 - ПТФЭ-УВ
вид. присущий ненапопненному ПТФЭ. В ряду факторов, оказывающих влияние на вязкоупругие свойства наполненных материалов на основе кристаллических полимеров с металлическим наполнителем, межфазный слой, по видимому, играет малозаметную роль. Преобладающими здесь являются надмолекулярная структура матрицы и ее трансформация с введением наполнителей, объемное содержание наполнителей, их физическая и химическая природа, характеризуемая критической концентрацией фкр [6]. По нашим данным, полученным путем анализа изменения энтропии ДЭ структурного перехода в наполненных материалах на основе ПТФЭ, критическая концентрация бронзового порошка в политетрафторэтилене составляет примерно 92 % по объему, что свидетельствует о слабой
сшшка
Рис. 4. Концентрационные зависимости плотности композита ПТФЭ-УВ: 1- теоретическая, 2- экспериментальная
структурной активности указанного наполнителя. По этой причине следует ожидать, что модель "механической смеси" будет справедлива для достаточно больших концентраций.
Критическая концентрация в случае углеродного волокна составляет примерно 50 % [7]. Это является показателем заметной структурной активности углеродного волокна, проявляющейся в виде экстремальных концентрационных зависимостей ряда характеристик полимерных материалов. Так, кривая зависимости динамического модуля сдвига от содержания УВ (рис,2. кривая 2) свидетельствует о наличии максимума в' при ф=10 -15%. Такое поведение С' хорошо коррелирует с зависимостью от ср максимального значения 1д6тах в области механического стеклования (Т=178 К) (рис. 3, кривая 2) и плотности материала при комнатной температуре (рис. 4).
Уменьшение (дс!тах с ростом содержания УВ до 10 % соответствует росту кристаллической фазы. Эффект усиления (рост в ) с увеличением доли высокомодульного УВ поддерживается ростом кристаллической фазы.Это подтверждается результатами рентгеноструктурного анализа. Плотность наполненного материала является интегральной характеристикой состояния материала с учетом всех присутствующих в нем фаз. Излом на кривой р(ф) при ф=10 -15% может быть следствием двух причин: образования межфазного слоя на границе фаз матрица-
наполнитель и (или) образования недоступных для полимера пустот в рыхлоупакованных агрегатах из измельченного УВ. Экстраполяция линейного участка Ь-с кривой р(ф) до Ф=100% дает значение р=250 кг/м3 при плотности УВ р=1700 кг/м3. Полученный результат может быть объяснен образованием пустот в композициях, содержащих УВ более 10 - 15%. Это существенным образом влияет на упругие характеристики композита - вместо ожидаемого роста G' с увеличением содержания высокомодульного УВ наблюдается его уменьшение в 1.4 -1.7 раза относительно максимального значения G' при ф=10% в высокоэластическом состоянии (в интервале температур от 250 до 350 К).
Таким образом, результаты проведенных исследований убедительно свидетельствуют о неоднозначном и различном характере влияния наполнителей разного типа на вязкоупругие свойства композиций на основе политетрафторэтилена.
ЛИТЕРАТУРА
1. Структура и свойства малонаполненного ПТФЭ /
O.A. Адрианова , А.В.Виноградов . Ю.В.Демидова и др.// Механика композитных материалов. - 1986. - №3, С. 399 - 401.
2. Коваленко H.A.. Черский И.Н. Исследование физико-механических свойств композиций на основе политетрафторэтилена с углеродным наполнителем// Механика композитных материалов. -1991- №1.
С. 14 -19.
3. Влияние углеродного волокна на вязкоупругие свойства ПТФЭ/ И.М.Брянская. В.И.Суриков. Вад.И.Суриков и др.// Пластические массы. - 1993. - С.33 - 34.
4. Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. - М.:Химия,1973. - 296 с.
5. McCrum N.G. An internal friction study of polytetrafluoroethylene // J. Polimer Sei. 1959,- V.34. - P. 355 -365.
6. Липатов Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров. - M.: Химия. 1977. - 304 с.
7. Предельные концентрации наполнителей и некоторые свойства межфазного слоя в композитах на основе политетрафторэтилена / Вал. И, Суриков, В.К, Волкова, C.B. Данилов, Е. П. Дьяков. Вад. И. Суриков // ОмГТУ. -Омск, 1997,-15 с. Деп. в ВИНИТИ 14.03.97. № 791-В97.
