Белгородская область, Россия
студент
Белгородская область, Россия
студент
Белгородская область, Россия
ГРНТИ 61.01 Общие вопросы химической технологии и химической промышленности
ББК 35 Химическая технология. Химические производства
Получен композиционный материал на основе полиэфиримида Ultem 1000 и синтезиро-ванного наполнителя полиметилсиликаната свинца, который синтезировали на основе нит-рата свинца и ГКЖ-11. Количество наполнителя в материале в пересчете на количество чистого полимера составляло 0,5, 1 и 1,5 %. Проведены испытания на физико-механические свойства. Доказано сохранение физико-механических и прочностных свойств при создании пленочного материала. Установлено, что полученный композит стоек к радиационному воз-действию. УФ воздействие не привело к разрушению полимерной цепи и потери прочности в ряде точек структуры, которое чревато деградацией, растрескиванием и подобным явле-ниям. Гистограммы полученных материалов до и после исследования на УФ воздействие и криогенную стойкость идентичны, что доказывает неизменность элементного состава и отсутствие остаточных потерь в образцах. Определен широкий термический диапазон эксплуатации полученного материала (от -200 до 200 оС).
полиимид, метилсиликонат, композит, структура, температурный диапазон
Введение. В настоящее время при разработке новых материалов с высокими функциональными свойствами одним из основных технологических подходов является модификация известных простых полимеров путём создания композитов [1–2]. Так, например, введение в полимерную матрицу равномерно распределенных по объему макроскопических волокон или зёрен придает особые свойства композитам. В итоге полученный материал представляет собой молекулярный раствор элементов в гибкой матрице. Предусмотрен так же вариант с созданием многослойного полимерного композиционного материала обладающей слоистой или двухмерной структурой, особенностью которого будет изменение концентрации наполнителя, которая не приведет к потере прочностных и физико-механических свойств [3–4]. Особый интерес в качестве полимерной основы для композитов представляют полиимиды (ПИ) благодаря их высоким механическим и термостойким показателям.
Методология. Вследствие универсального комплекса свойств, а также, сравнительно низкой стоимости, в качестве полимерной матрицы выбран полиимид марки Ultem 1000. В качестве наполнителя использовался метилсиликонат свинца (ПМСС), который был синтезирован на основе нитрата свинца (II) и метилсиликоната натрия.
Гранулированный полимер растворяли в хлороформе, содержание Ultem 1000 в растворе составляло 15 %. После чего, в раствор вводили синтезированный полиметилсиликонат свинца. Количество наполнителя в материале в пересчете на чистый полимер составляло 0,5, 1 и 1,5 %
Для лучшего совмещения между наполнителем и матрицей ПМСС смешивали с малым количеством хлороформа. Определенное количество полимера и наполнителя смешивали и помещали в ультразвуковую ванну УЗВ – 0,25 и озвучивали в течение 5 минут, после чего добавляли оставшееся количество раствора полиимида и проводили повторное озвучивание с таким же интервалом времени.
Основная часть. При первоначальном получении пленочного материала возникла проблема в связи с тем, что полученные пленки имели дефекты, связанные с разнородностью частиц наполнителя. Было отчетливо видно, что образовывались конгломераты, структура материала получилась не однородной, что могло пагубно сказаться на будущих свойствах материала. Для решения проблемы, связанной с однородностью структуры ПКМ, использовали наполнитель дисперсностью не более 0,04 и
0,05 мм.
Можно заметить (рис. 1), что совмещение между компонентами полимерного композиционного материала прошло успешно, и наполнитель равномерно распределился в структуре матрицы.
Исследование поглотительной способности – (рис. 2) композитом показало, что при увеличении концентрации ПМСС и слоёв полимерной пленки, радиационно-поглощающая способность полученного полимерно-композиционного материалавозрастает.
|
б) |
|
г) |
|
в) |
|
а) |
Рис. 1. Структура поверхности полученного композиционного материала на основе Ultem 1000 с различным наполнением ПМСС: а) 0; б) 0,5; в) 1 и г) 1,5 %
Рис. 2. Зависимость (J0/JХ) от концентрации ПМСС при различной толщине плёнки:
1–50 мкм; 2–100 мкм; 3–150 мкм; J0 – интенсивность без поглотителя, JХ – интенсивность с поглотителем
Исследования криогенной стойкости проводили в емкости с жидким азотом при температуре -200±5 ºС с количеством повторений 9 циклов. После охлаждения образцов до комнатной температуры проверяли изменение размера или признаки других дефектов, сравнивая с другими аналогичными образцами не подвергшимся криогенному воздействию. Проведённые испытания позволили сделать вывод, что полученный композит устойчив в диапазоне температур от – 200 до 200 ºС.
Исследование устойчивости образцов к воздействию ультрафиолетового излучения проводилось с помощью вакуумной настольной установки «VSE-UV.c». Образцы подвергли жесткому УФ воздействию в диапазонах 121–10 нм в течение 8 часов с количеством повторений 3 цикла.
Гистограммы полученных материалов до и после исследования на УФ воздействие и криогенную стойкость оказались идентичны, что доказывает неизменность элементного состава и отсутствие остаточных потерь в образцах.
Анализ рельефа наполненного композита (рис. 3) показал, что поверхность систем (ПЭИ Ultem 1000 + 1,5 % ПМТСС) геометрически однородны и являются плоскими, не смотря на наличие наполнителя в пленке. УФ воздействие не привело к разрушению полимерной цепи и потери прочности в ряде точек структуры, которое чревато деградацией, растрескиванием и подобными явлениями.
Рис. 3. Поверхность ПЭИ Ultem 1000 (1,5 % ПМСС) до и после воздействия УФ излучения:
а), б) – до; в), г) – после воздействия УФ
Выводы. Получен однородный пленочный полимерно-композиционный материал на основе Ultem 1000 и ПМСС. Доказано сохранение физико-механических и прочностных свойств при создании пленочного материала. Установлено, что полученный пленочный композиционный материал обладает высокой стойкостью к ультрафиолетовому воздействию. Определен диапазон эксплуатации полученного материала при температурах от -200 до +200 ºС.
1. Ершова О.В., Муллина Э.Р., Чупрова Л.В., Мишурина О.А., Бодьян Л.А. Изучение влияния состава неорганического наполнителя на физико-химические свойства полимерного композиционного материала // Фундаментальные исследования. 2014. № 12-3. С. 487-491
2. Маламатов А.Х., Козлов Г.В., Антипов Е.М., Микитаев М.А. Механизм формирования межфазных слоев в полимерных нанокомпозитах // Перспективные материалы. 2006. № 5. С. 54-58
3. Михайлин Ю.А. Термоустойчивые по-лимеры и полимерные материалы. СПб.: Профессия, 2006. 624 с.
4. Бакнелл К.Б. Ударопрочные пластики. Пер. с англ. под ред. И.С. Лишанского. Л.: Химия, 1981. 328 с.
