Структура, параметры, тип дисперсной структуры и свойства ДНПКМ. Лекция 6

Бакалавриат (академический)
Направление подготовки:
18.03.01 «Химическая технология»
Профиль: «Технология и переработка полимеров»
Дисциплина:
Б1.В.ДВ.10.3 «Принципы создания полимерных композиционных материалов»
Лектор:
доктор технических наук, профессор
Симонов-Емельянов Игорь Дмитриевич

Лекция 6. Структура, параметры, тип дисперсной структуры и свойства ДНПКМ
доктор технических наук,
профессор
И. Д. Симонов-Емельянов

6. Проектирование состава ДНПКМ с заданным типом структуры и параметрами решетки – по рассчитанному значению содержания наполнителя (φн) определяют объемную долю полимерной матрицы (φп) как: φп = 1 – φн
Алгоритм прогнозирования различных типов структур и расчет составов ДНПКМ с заданными свойствами
Экспериментально по известным методикам для конкретного дисперсного наполнителя с диаметром d определяют максимальный параметр упаковки - φm об. д.
(по насыпной плотности, по кривой уплотнения, по трем концентрациям);
2. Рассчитывают значение обобщенного параметра Θ для наполнителя с известным параметром φm варьирую содержание наполнителя φн;
3. По значением обобщенного параметра Θ определяют тип структуры ДНПКМ с заданным содержанием наполнителя φн;
4. Строят зависимость Θ = f (φн) и указывают содержание наполнителя для разных типов структур ДНПКМ;
5. Выбирают тип дисперсной структуры ДНПКМ и определяют содержание наполнителя для конкретного полимерного композиционного материала

Расчет составов ДНПКМ в объемных (об. д.) и массовых (масс. д.) единицах
2 - расчет навесок в массовых единицах:
φмасс. н = φоб. н / [φоб. н (1 - ρп / ρн) + ρп / ρн], масс. д. (масс. %)
Связь между объемными и массовыми единицами содержания наполнителя (φоб. н и φмасс. н) в двухфазном ДНПКМ (наполнитель + полимерная матрица) определяется соотношениями:
1 - расчет параметров структуры в объемных единицах:
φоб. н = (ρп / ρн ) / [(1/ φмасс. н) + (ρп / ρн) - 1], об. д. (об. %)
где: ρн и ρп - истинная плотность наполнителя и полимерной матрицы, соответственно

Зависимость содержания наполнителя (φмасс. н) в ДНПКМ для разных полимерных матриц и плотности наполнителей при постоянном объемном содержании наполнителя.
Рисунок – Зависимость массовой доли дисперсного наполнителя (φмас.н ) в ДНПКМ
с плотностью полимерной матрицы 0,8 г/см3 (1) и 1,5 г/см3 (2) при
постоянной объемной доле дисперсного наполнителя - 0,52 об д . от плотности наполнителя.

Расчет составов ДНПКМ в массовых единицах (масс. д.) при постоянных объемных (об. д.) единицах
Рисунок 3.- Зависимость содержания наполнителя φмасс. н в массовых долях (масс. д.) в ДНПКМ
от отношения плотностей ρн / ρп при постоянном объемном содержании φоб. н : 1 – РС, 0,076 об. д. (Θ = 0,90об. д.),
2 – ННС, 0,16 об. д. (Θ = 0,75об. д);
3 – СНС, 0,255 об. д. (Θ = 0,60об. д), 4 – ВНС, 0,52 об. д. (Θ = 0,20об. д) и 5 – ВНС, 0,64 об. д. (Θ = 0,0 об. д.).

Электрофизические характеристики ДНПКМ с разными структурами
Рисунок — Зависимость lg pv ДНПКМ на основе каучука марки СКИ-3 и технического углерода марки C-600 от содержания
ТУ в массовых (а) и объемных единицах (б), от обобщенного параметра Θ (в)
а)
б)
в)

2
а
Рисунок — Зависимость вязкости эпоксидной системы DER-330 + ПСМС (1) и ЭД-20 + ПСМС (2)
от содержания ПСМС (а) и обобщенного парамеьтра Θ (б)
Зависимость вязкости ДНПКМ с разной структурой

а) б)
Рисунок — Зависимость вязкости ДНПКМ на основе эпоксидного олигомера с 0,60 об. д. ПСМС
от обобщенного параметра Θ (а) и содержания инактивного растворителя (φр) (б)
Вязкость дисперсных систем (ДНПКМ) на основе ЭО +ИнР
с инактивным растворителем с разными структурами

Реология ДНПКМ термопластов на основе ПЭНП
Рисунок 2 – Зависимость вязкости ДНПКМ при 220°С от содержания ШСО-30 (а) и обобщенного параметра Θ (б); 2 - уравнение Муни

Составы, обобщенные, приведенные обобщенные параметры и тип структуры ДНПКМ на основе ПЭНП марки 10803-020 + стеклянные шарики марки ШСО-30
(φm= 0,5 об. д., d = 30 мкм )

Усадка ДНПКМ с разной структуры на основе эпоксидных олигомеров
Рисунок – Зависимость усадки полимерной матрицы Ум (1) в ДНПКМ и Ук (2) наполненной системы
(ЭД-20 + ТЭТА) + ПСМС при отверждении от содержания полых стеклянных микросфер (а) и обобщенного параметра Θ (б)
а)
б)

Рисунок - Зависимость коэффициента светопропускания (К) дисперсно-наполненной наносистемы
ПК + Aerosil OX-50 от содержания нанонаполнителя (а) и обобщенного параметра Θ (б)
Светотехнические (оптические) характеристики ДННК
а)
б)

Рис. Зависимость σост для ДНПКМ от содержания ПСМС (а) и обобщенного параметра Θ (б)
а)
б)

Физико-механические характеристики ДНПКМ на основе ПСФ+стекловолокно
Рисунок - Зависимость σр, σизг и εр ДНПКМ на основе ПСФ-190 + СВ от содержания СВ (а) и обобщенного параметра Θ

Классификация по структурным параметрам
и методы переработки различных групп ДНПКМ

Основные принципы создания КМ с заданным комплексом свойств

Реологические, Теплофизические
Испытание изделия
Алгоритм создания ПКМ и получения изделий
ИЗДЕЛИЕ