УДК 620.186:678

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА СПЕКАНИЯ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА НА СТРУКТУРУ МАТЕРИАЛА ПРИ КОМПЛЕКСНОМ НАПОЛНЕНИИ

Егорова Виктория Александровна
Омский государственный технический университет

Аннотация
Проведен сравнительный электронно-микроскопический анализ надмолекулярной структуры комплексно наполненного политетрафторэтилена, синтезированного при свободном спекании и в условиях одноосного ограничения теплового расширения материала. Установлено, что спекание в зажимах создает условия для повышения адгезионного взаимодействия компонентов, что способствует формированию более упорядоченной структуры композита.

Ключевые слова: адгезионное взаимодействие, морфология структуры, надмолекулярная структура, полимерные композиционные материалы, политетрафторэтилен, скрытокристаллический графит, углеродное волокно


INFLUENCE OF THE TECHNOLOGICAL MODE OF AGGLOMERATION OF COMPOSITES ON THE BASIS OF A POLYTETRAFLUOROETHYLENE ON STRUCTURE OF MATERIAL AT COMPLEX FILLING

Egorova Victoria Aleksandrovna
Omsk State Technical University

Abstract
The comparative electronic and microscopic analysis of supramolecular structure of in a complex filled polytetrafluoroethylene synthesized at free agglomeration and in the conditions of monoaxial restriction of thermal expansion of material is carried out. It is established that agglomeration in clips creates conditions for increase in adhesive interaction of components that promotes formation of more ordered structure of a composite.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Егорова В.А. Влияние технологического режима спекания композитов на основе политетрафторэтилена на структуру материала при комплексном наполнении // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/03/79707 (дата обращения: 02.06.2017).

Режимы технологических операций твердофазного синтеза полимерных композиционных материалов (ПКМ) определяют формирующуюся надмолекулярную структуру и ее параметры, что, в конечном счете,  обуславливает свойства материала. Известно, что наибольшее влияние на процессы структурообразования оказывают режимы спекания материала [1-3].

Помимо стандартного режима свободного спекания [1] для изготовления материалов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) в последнее время активно применяется спекание в условиях ограничения теплового расширения материала [4, 5]. Для этого используются специально разработанные  приспособления – зажимы, создающие одноосное давление сжатия в направлении предварительного прессования заготовки.

Целью данной работы является сравнительный анализ структуры образцов ПКМ на основе ПТФЭ, изготовленных по технологии свободного спекания и спекания в зажимах. Влияние данных режимов спекания для ПТФЭ, наполненного скрытокристаллическим графитом (СКГ), хорошо изучено [4, 6, 7]. СКГ – углеродный наполнитель, эффективность введения которого в ПТФЭ с целью улучшения его свойств подтверждена результатами многих исследований [2, 4-7]. Не менее эффективным наполнителем является углеродное волокно (УВ), влияние которого также исследовалось разными авторами [3, 8, 9]. Представляет интерес изучение структурных изменений в полимерной матрице при совместном использовании данных наполнителей.

Морфологию надмолекулярной структуры матрицы в синтезированных материалах изучали стандартным методом электронной микроскопии. Некоторые микрофотографии холодных сколов изученных образцов ПКМ представлены на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Сравнение микрофотографий скола образца ПТФЭ, наполненного УВ и СКГ: Рис. 1.1, 1.3 – образец состава 10 масс. % УВ+90 масс. % ПТФЭ; Рис. 1.2, 1.4 – образец состава 20 масс. % СКГ+80 масс. % ПТФЭ

Установлено, что при введении в полимер как СКГ, так и УВ исходная ленточная структура матрицы подвергается измельчению за счет ее разбиения наполнителем, внедряющимся в матрицу (рис. 1.1, 1.2). При этом наблюдается значительная неоднородность элементов структуры, уменьшающаяся при увеличении концентрации наполнителя. Для материалов, содержащих СКГ, выявлено образование высоко дефектных сферолитоподобных структур неправильной формы с центрами кристаллизации на фрагментах поверхности частиц графита (рис. 1.2, 1.4). Образование такой структуры связано с торможением размораживания сегментальной подвижности макроцепей молекул формирующегося межфазного слоя матрицы при синтезе материала за счет адгезионного взаимодействия на границе с наполнителем [10]. На представленных на рисунке 1 микрофотографиях визуально отмечается хорошее адгезионное взаимодействие частиц СКГ с матрицей (рис. 1.4) и практическое отсутствие  такового для УВ (рис. 1.1, 1.3). При достаточном уровне адгезионного взаимодействия при спекании материала реализуются условия для проявления структурной активности наполнителя, и формируется структура с большей степенью упорядочения [10].

Совместное использование СКГ и УВ для модификации структуры полимера при свободном спекании образцов приводит к образованию структуры, схожей с образуемой при введении того же количества УВ (рис. 2.1, 2.3).

Рисунок 2. Микрофотографии скола образца ПКМ состава 10 масс. % УВ+20 масс. % СКГ+ 70 масс. % ПТФЭ, изготовленного в разных условиях спекания: Рис. 2.1, 2.3 – при свободном спекании; Рис. 2.2, 2.4 – при спекании в зажимах

Большое количество следов от волокон на поверхности скола (рис. 2.1) свидетельствует о разрушении материала по границам с наполнителем, что подтверждает слабое адгезионное взаимодействие модификатора с матрицей. Это проявляется и в  практически свободной от полимера поверхности большинства волокон (рис. 2.1), и в существенных зазорах между волокнами и   матрицей (рис. 2.1, 2.3).

С целью усиления адгезионного взаимодействия наполнителей и полимера был применен технологический прием спекания материала в специализированных приспособлениях-зажимах, позволяющих ограничить тепловое расширение спекаемого композита в направлении прессования [5]. Результаты исследования, частично представленные на рис. 2.2 и 2.4, демонстрируют эффективность использованного технологического приема. На поверхности скола образца присутствуют как частицы СКГ, так и волокна второго наполнителя, покрытые полимером. Это соответствует разрушению материала как в объеме матрицы, так и по межфазным границам и подтверждает повышение адгезионного взаимодействия компонентов. Образующаяся структура визуально менее рыхлая и пористая, с более высокой размерной однородностью элементов структуры. На микрофотографиях появляются как частицы СКГ, так и УВ, отделенные от матрицы межфазными границами с образованием в матрице сильно дефектных структурированных элементов (предположительно кристаллических), более мелких, чем при использовании СКГ в качестве мономодификатора. Очевидно, при комплексном наполнении матрицы спекание в зажимах повышает адгезионное взаимодействие модификаторов и матрицы, тем самым создавая условия для проявления их структурной и кинетической активности.

Таким образом, в результате электронно-микроскопического анализа выявлены основные закономерности формирования надмолекулярной структуры ПТФЭ при введении в него дисперсного и волокнистого углеродного мономодификаторов, а также при их совместном использовании.


Библиографический список
  1. Пугачев А.К., Росляков О.А. Переработка фторопластов в изделия. Технология и оборудование. – Л.: Химия, 1987. – 168 с.
  2. Истомин Н.П., Семенов А.П. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторполимеров. – М.: Наука, 1981. – 146 с.
  3. Машков Ю.К. Композиционные материалы на основе политетрафторэтилена. Структурная модификация. / Ю.К. Машков, З.Н. Овчар, В.И. Суриков и др.. -  М.: Машиностроение, 2005. – 240 с.
  4. Mashkov Yu.K. The formation of structure and properties of antifriction composites via modification of polytetrafluoroethylene with polydispersive fillers / Yu.K. Mashkov, O.V.Kropotin, V.A. Egorova, O.V. Chemisenko, S.V. Shil’ko // Inorganic Materials: Applied Research. 2015. Т. 6. № 4. С. 289-292.
  5. Машков Ю.К., Кропотин О.В. Егорова В.А. Способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена и устройство для изготовления изделий – патент на изобретение RUS 2546161 29.05.2013
  6. Машков Ю.К. Механические свойства ПТФЭ-нанокомпозитов для уплотнительных элементов динамических герметизирующих устройств транспортных систем / Ю.К. Машков, В.А. Егорова, О.В. Чемисенко, О.В. Малий // Динамика систем, механизмов и машин. 2016. Т. 3. № 1. С. 260-263.
  7. Kropotin O.V. Effect of carbon modifiers on the structure and wear resistance of polytetrafluoroethylene-based polymer nanocomposites / O.V. Kropotin, Y.K. Mashkov, V.A. Egorova, O.A. Kurguzova // Technical Physics. The Russian Journal of Applied Physics. 2014. Т. 59. № 5. С. 696-700.
  8. Kropotin O.V. Peculiarities of influence of reinforcing carbon fiber “Ural T -10″ on structure and certain physical and mechanical characteristics of PTFE / O.V. Kropotin, V.I. Surikov, V.I. Surikov, Yu.K. Mashkov // Journal of Friction and Wear. 1998. Т. 19. № 4. С. 58-61.
  9. Суриков В.И., Зверев М.А., Кропотин О.В., Суриков В.И.. Вязкоупругость и релаксационные свойства модифицированного политетрафторэтилена –.Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. – 140 с.
  10. Липатов Ю.С. Физико-химические основы наполнения полимеров. – М.: Химия, 1991. – 260 с.


Все статьи автора «Vega»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: