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).

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.