КІРІСПЕ

1 Әдеби шолу

1.1 Композитті материалдар туралы жалпы мәлімет

Заманауи техникада технологиялық және қолданыстық қасиеттеріне байланысты материалдардың негізгі төрт тобы қолданылады. Металлдар, керамика, полимерлі және көміртекті материалдар. Олардың қасиеттері құрылымындағы байланыс типіне тәуелді. Металдарда байланыс энергиясы 110-350 кДж/моль болатын – металлдық байланыс, керамикада – иондық, көміртектік материалдарда – коваленттік байланыс болады. Осылардан бөлек сутектік және ван-дер-вальстық байланыс түрлері де бар.

Соңғы уақытта осы негізгі материалдардан бөлек жаңа және ерекше қасиеттерге ие материалдарға деген қызығушылық артып келеді. Осындай жаңа қастиеттерге ие материалдар тобына композиттік материалдарды жатқызуымызға болады. Композиттік материалдар (КМ) – құрамы жағынан ерекшеленетін және айқын шекарамен бөлінген, алдын-ала жобаланған жаңа қасиеттерге ие болған екі немесе одан да көп компоненттерден тұратын жасанды жолмен алынған материалдар. Композиттік материалдардың құраушылары геометриялық белгілері бойынша әртүрлі болады. Оның ішінде материалдың механикалық қасиеттеріне жауап беретін армирлеуші элемент(толықтырғыш) және біртұтас көлемде таралатын негізгі компонент матрицасы болады. Матрица бұйымға қажетті пішін беріп, композитті материалдың жаңа қасиеттерін туғызуға ықпал етеді, армирлеуші элементті зақымданудан, әртүрлі сыртқы факторлар әсерінен қорғайды. Матрица ретінде металдар мен олардың қорытпалары, бейорганикалық және органикалық полимерлер, керамикалық, көміртектік және басқа да материалдар қолданылады. Матрицаның қасиеттері композицияны құру үдерісінің технологиялық параметрлерін және оның қолданыстық қасиеттерін: тығыздығын, беріктігін, агрессивті орта әсеріне төзімділігін, айқындайды.

Толықтырғыш немесе армирлеуші компонент матрицада әркелкі таралады. Әдетте, олар жоғары беріктігімен, қаттылығымен және серпімділік модулімен ерекшеленеді және осы қөрсеткіштеріне байланысты матрицадан едәуір басым тұрады. Жеңілдетілген әрі жақсартылған қасиеттерінің арқасында бұл материалдар тобы қазіргі таңда үлкен сұранысқа ие. Бір материал құрамына бірнеше матрицаны (полимерлі композиттік материалдар) немесе табиғаты әр түрлі толықтырғыштарды пайдалану оның қасиетін реттеу мүмкіндігін және қолданыс аясын кеңейтеді.

Толықтырғышты матрица құрамына енгізу материал құрамы мен құрылымының өзгерісіне алып келеді. Ал бұл өзгеріс өз кезегінде материалда жаңа қасиеттердің пайда болуына әкеледі. Алайда, толықтырғыштарды қосу белгілі бір ережелер сақталған кезде ғана жүзеге асырылады. Толықтырғыш пен матрица арақатынасы, бір-бірінде еру мөлшері, қасиеттері мен құрылымының сәйкестігі, бұл композитті материалдар алуда ескерілетін негізгі талаптар болып табылады. Жоғарыда аталған заңдылықтар сақталған жағдайда талапқа сай технологиялық және экспуатациялық қасиеттерге ие материалдар алуға жол ашылады. Көптеген композиттік материалдардың қасиеттері бастапқы компоненттерге қарағанда әлдеқайда жақсартылған болады. Композиттердің механикалық қасиеті армирлеуші элемент пен матрицаның қатынасына және олардың арасындағы байланыстың беріктігіне байланысты. Материалдың жұмыс істеу қабілеті мен эффективтілігі компоненттерді дұрыс таңдау және оларды алу технологиясына тікелей тәуелді болады. Композиттік матриалдар химиялық құрамына қарай металдық және металлдық емес (бейметалдық) болып екіге бөлінеді. Және де толықтырғыш геометриясына қарай және оның матрицада орналасуына немесе компонент табиғатына байланысты бірнеше топқа бөлінеді

Толықтырғыш геометриясына қарай:

· үш өлшемдегі көлемі бірдей тәртіптегі нөл шамалы ұсақ толықтырғыштар;

· өлшемдерінің бірі басқа екеуінен өзгеше, яғни үлкен болатын бір өлшемді толықтырғыштар;

· екі өлшемі үшіншісіне қарағанда анағұрлым үлкен екі өлшемді толықтырғыштар болып бөлінеді.

Толықтырғыштың орналасуы бойынша да композитті материалдар үш топқа бөлінеді:

· толықтырғыштың матрицада талшықтар, жіптер, жіп тәрізді кристалдар түрінде бір - біріне параллель түрде сызықты болып орналасуы;

· арматуралы толықтырғыштың жіп тәрізді кристалдан, фольгадан құралған маты бар екі осьті болып матрицада параллель жазықта орналасуы;

· армирлеуші толықтырғыштың көлемді болып таралуы және оның орналасуында белгілі бір басым бағыттың болмауы.

Құраушы компоненттерінің табиғатына қарай олар:

· металдар немесе олардың қорытпаларынан құралған композиттік материалдар;

· карбидтер, нитридтер, тотықтар және т.б. бейорганикалық қоспалардан тұратын композиттік материалдар;

· металл емес бөлшектері, көміртегі, бордан және басқа компоненттері бар композиттік материалдар;

· эпоксидті, фенолды, полиэфирлі құраушылары бар органикалық құрылымнан тұратын композиттік материалдар болып бөлінеді.

Композиттік материалдардың қасиеттері компоненттердің тек физика -химиялық қасиеттеріне ғана емес, олардың арасындағы байланыс типі және оның беріктігіне де тәуелді болады. Ең жоғары беріктікке матрица мен толықтырғыштың арасында қатты ерітінділер немесе химиялық қоспалар түзілген кезде қол жеткізіледі.

1.2 КОМПОЗИТТІК МАТЕРИАЛДАРДЫҢ ТИПТЕРІ

Жоғарыда айтып өткеніміздей КМ – дар химиялық құрамына байланысты үлкен екі топқа бөлінеді. Енді соларға толығырақ тоқтала кетсек.

1.2.1 Металдық композиттік материалдар

Металдық КМ – тұтас матрица ретінде металдар және олардың қорытпалары қолданылады. Әдетте матрица үшін Al, Mg, Ni, Co, Fe және олардың басқа да қосылыстары алынады. Матрицасы металл болатын композиттік материалдарға армирлеуші элемент ретінде негізінен екі түрлі толықтырғыш қосылады: беріктілігі аса жоғары талшықтар және марицамен әрекеттесуге қабілетсіз қиын балқитын ұсақдисперсті ұнтақтар.

Ұсақдисперсті бөлшектер матрица құрамына енгізілгенде ерімеуә және онымен әрекеттеспеуі тиіс. Ал талшықты металдық композиттік материалдар полимерлі композиттік материалдардан едәуір жоғары температурада қолдану мүмкіндігі және сонымен қатар, аса үлкен жүктемелі конструкцияларда тиімді әрі ұзақ уақыт жұмыс жасау қабілетінің болуымен ерекшеленеді. МКМ – ң негізгі қасиеттері оған қосылатын толықтырғыш қасиеттеріне байланысты болады.

1.2.2 Металдық емес композиттік материалдар

Бейметалл матрицалы композиттік материалдар қазіргі таңда кең қолданыста. Осындай материалдар металлдық композиттік материалдардың және таза металл конструкциялық материалдардың орнын басушы материалдар ретінде де танылып келеді. Осы топ материалдарының матрицасы ретінде полимерлік, керамикалық және көміртектік материалдар пайдаланылады. Полимерлік матрицаларан көп тарағаны эпоксидтер, фенолформальдегидтер, полиамидтер мен полиимидтер болса, көміртектік матрицаға кокстелген немесе синтетикалық полимерлердің пиролизі арқылы алынған пирокөміртекті қосылыстар қолданылады.

Полимерлі композиттік материалдардың (ПКМ) ерекшелігі толықтырғышты байланыстыру үшін қолданылатын әртүрлі полимерлер матрицаны құрайды, олар түрлі талшықтар, маталар, қабықшалар, шынытекстолит түрінде болуы мүмкін. Кең қолданыла бастаған аралас полимерлі композит материалының құрамына енетін металды және полимерлі құрамдас бөлшектер бір – бірінің қасиеттерін толықтырады. Мысалы, құрғақ үйкеліс кезінде жұмыс жасайтын конструкциялар фторопласт пен қоладан жасалады, бұл оның өздігінен майлануын және аққыштығының болмауын қамтамасыз етеді.

Полимерлі КМ – ы жасау сығымдау, қысым арқылы құю, экструзиялау, шашырату арқылы жүзеге асырылады. Полимерлі композитті материалдар soft matter – жұмсақ материал атауын алған ерекше классқа жататын материалдар тобына жатады. Осындай қосылыстарға полимерлер, коллоидтар, сұйық кристалдар жатады. Бұл материалдардың қарапайым заттардан айырмашылығы неде? Кристалдық немесе аморфтық қатты заттарда оны құрайтын ковалентті байланысқан атомдар мен молекулалар арасындағы байланыс энергия жылулық энергиядан едәуір жоғары U >> kT, ал soft matter тобы үшін бұл байланыс макромолекулалардың байланысы немесе тізбек арасындағы байланысы қызметін атқарады. Осыған байланысты молекула аралық байланыс әлсіз, ал молекулалық және мезоскопиялық құрылым конфигурациясы сыртқы күш әсерінен оңай өзгеріске ұшырайды.

1.3 Толықтырғыштардың классификациясы

Полимерлік композиттік материалдарда матрицамен қатар толықтырғыштар да негізгі элемент болып саналады. Толықтырғыштың соған байланысты атқаратын қызметі де сан алуан. Бұйымның механикалық қасиеттерінің комплексін қалыптастырудан оған арнайы спецификалық қасиеттер, фрикциондық, электрлік, магниттік және т.б. беруге дейін ұштасады. Сондықтан да полимерлі композит материалдарға толықтырушы элемент ретінде әртүрлі қосылыстағы заттар мен материалдар қолданылады. Осы мақсатта біз толықтырғыштарды әрбір нақты материалда атқаратын функцияларына қарай екі топқа бөлеміз.

Бірінші топ – полимерлі композит материал қасиеттерінің комплексін сипаттайтын шектеулі өлшемге ие бөлшектер. Олар қалдық ішкі кернеулікті жоюға, шытынауға төзімділігін арттыруға өз ықпалын тигізеді.

Екінші топ – армирлеуші элементтер. Бұл толықтырғыштар полимерлі композиттердің механикалық сипаттамаларына елеулі шешеуші әсер етеді. Армирлеуші элементтер – полимерлі композитті материалдарға түсірілген жүктемені немесе күшті қабылдайтын едәуір үлкен сызықты өлшемдегі талшықты материалдар.

Толықтырғыштар химиялық құрылымына, пішіні мен өлшемдеріне, сонымен қатар агрегаттық күйіне байланысты классификацияланады. Табиғатына қарай толықтырғыштар органикалық және бейорганикалық; агрегаттық күйіне байлансыты – қатты, сұйық, газ тәрізді; композицияға әсер ету дәрежесіне байланысты – күшейткіш диперсті немесе армирлеуші; бөлшек пішініне қарай – дисперсті, дәндік, талшықты, қабаттық болып бөлінеді.

Дисперсті толықтырғыштыр

Зерттеуде қолданылған Si толықтырғышы ұсақ дисперсті болғандықтан біз дисперсті толықтырғыштарға ерекше тоқталамыз. Полимерлі композиттік материалдарға ең алғаш толықтырғыш ретінде дисперсті толықтырғыштар қолданылды. Фенолформальдегидті олигомерлер негізіндегі пресс – материалдарға сүректі ұн қолданылған болатын.

Дисперсті толықтырғыштыр – полимерлі композит материалдарды нығайтушы бөлшектер ретінде көп тараған әртүрлі органикалық немесе бейорганикалық заттар болып табылады. Бұл ұнтақтық бөлшектер 2 – 10 мкм – ден 200 – 300 мкм – ге дейінгі өлшемде болуы мүмкін. Әдетте олардың өлшемдері 40 мкм – ден аспайды. Соңғы уақыттарда нанокомпозиттер жасау технологиясында өлшемдері 1 мкм – ден кіші болатын ұнтақтар қолданылуда. ПКМ құрамында толықтырғыштар әртүрлі мөлшерде, ол бұйымның қолданылу аясына байланысты, бірнеше пайыздан 70 – 80% - ға дейін болуы мүмкін. Осындай құрылымды ПКМ – дар қасиеттері бойынша изотропты болып келеді, алайда қайта өңдеу процесінде едәуір айқын ориентацияларда бөлшектердің асимметриялық формасы анизотропты қасиеттер көрсетуі мүмкін. Соңғысы көбіне талшықты толықтырғыштарға тән.

Дисперсті толықтырғыштар өлшемдеріне байланысты: үлкендисперсті (диаметр >0,04 мм), ортадисперсті (0,04 < диаметр < 0,01 мм), ұсақдисперсті (0,01<d<0,01), ультрадисперсті (нанодисперсті) (d<0,01) болып бөлінеді.

Полмиерлі композиттік материалдарды жасауда көбіне толықтырғыш ретінде: каолин, тальк, кальций карбонаты, кремний диоксиді, дала шпаты мен нефелин, шунгит, көміртегі және кремний қолданылады.

ПКМ құрамына дисперсті толықтырғыштарды негізінен фрикциондық, адгезиялық қасиеттерін жақсарту мақсатында енгізеді. Ал талшықты толықтырғыштар механикалық қасиеттерін, яғни қаттылығын, беріктігі мен соғуға төзімділігін арттырады.

Талшықтарды полимер матрицасына енгізу тәсіліне байланысты материалдың қасиеттерінің анизотропиясы байқалады, немесе мүлдем изотроптық қасиеттерге ие материалды да алуымыз ықтимал. Ал дисперсті толықтырғыштардың материалға беретін қасиеттері негізінен олардың өлшемі мен пішініне тәуелді. Дисперсті толықтырғыштардың физикалық, электрондық, оптикалық қасиеттері олардың жоғары беттік үлесімен анықталады. Нәтижесінде алынған композиттік материалдың қасиеттеріне фазалар арасындағы областардағы құрылымдық және фазааралық байланыстар табиғаты ерекше ықпал етеді.

Толықтырғыштардың негізгі морфологиялық белгілеріне байланысты төмендегідей топтастыруға болады.Толықтырғыштардың негізгі морфологиялық белгілеріне байланысты төмендегідей топтастыруға болады.

Толықтырғыштардың морфологиялық белгілері бойынша классификациясы

Толықтырғыштарды полимер матрицасына енгізу тәсілдері

Кремний толықтырғышы бар полимерлі композиттерді алуда матрицаға нанодисперсті кремниді енгізуді үш түрге бөлсек болады: ерітіндіге араластыру, In Situ полимеризация процесі, процесс қорытпаларын араластыру. In situ және қорытпаларды араластыру әдетте дисперсті нанобөлшектерді енгізуде тиімді емес. Ал ерітіндіге араластыру дисперсті толықтырғыштарды енгізуде кеңінен қолданылуда. Бұл процесте басқа да қоспалардың болмауы қауіпсіздікті және экономикалық жағынан тиімділікті қамтамасыз етеді. Араластыру негізінен механикалық жолмен жүзеге асады. Полимерлі матрицаны белгілі температураға дейін қыздырып оған толықтырғышты енгізу құрылымдық ақаулардың пайда болу мүмкіндігін шектейді. Толықтырғыштың толық көлемде біркелкі таралуы үшін механикалық түрде араластырып тұрады.

ПИ негізіндегі гомогенді құрылымды композиттік қабыршақтарды алу технологиясы келесілерге негізделеді: екінші компоненттің концентрациясына негізделіп толтырғыштың массасын анықтау. Полиимидті лак пен полиэфирлі смола қоспасын алдын ала белгіленген пропорцияда үш түтікшелі колбаға орналастырылып м-крезолемге құю. Берілген қоспаны тұрақты 170⁰С температурада қыздыру арқылы араластыру. Осыдан кейін қоспаны шыны төсемшеге төгіп, өзімізге керек өлшемдегі қабыршақты алу, алынған қабыршақты 100⁰С температурада муфельді пеште кептіру.

Нанодисперсті толықтырғыштардың полимерлі композитті материалдардың қасиеттеріне әсері.

Дәстүрлі ПКМ – да толықтырғыш фазасының мөлшері микронды өлшемде (мысалы, минералды және көміртекті талшықтардың диаметрі 7-15 мкм) болады. Ал полимерлі нанокомпозитті материалдарда (ПНКМ) толықтырғыш фазадағы бөлшектер өлшемдері 100нм – ден кіші. Әдетте наноөлшемді обьектілерге нанобөлшектер (1-100нм), кластерлер (1нм), молекулалар (0,5нм), коллоидты бөлшектер (3-100нм) және вирустар (100нм) жатады.

Соңғы жылдарда жүргізілген көптеген зерттеулер 100нм – ден кіші бөлшектерден жасалған материалдарда жаңа қасиеттердің байқалатынын, ал нанообьектілер бөлшек өлшеміне байланысты (размерлік эффект) жаңа физикалық және химиялық сипаттамаларға ие болатынын көрсетті.

Размерлік эффект бастапқы атомдардан тұратын, алайда жаңа қасиеттерге ие, берік және жеңіл конструкцияланатын материалдар жасауға мүмкіндік береді.

Полимер құрамына наноөлшемді толықтырғыштарды енгізу:

· механикалық қасиеттерін жақсартады, деформациялық шытынауға және ыстыққа төзімділігін арттырады, бұйым өлшемдерінің тұрақты болуын қамтамасыз етеді;

· тиксатропты лактар, эмальдар, желімдер, қаттылығы жоғары, оптикалық мөлдір, барьерлік қасиеттерге ие полимерлі қабыршақтар мен қаптамалар жасауда қолданылады;

· термореактивті және термопластикалық байланыстырушылардан тұратын жаңа конструкциялық және арнайы қасиеттерге ие ПКМ жасауда кең қолданыста;

· талап етілген қасиеттері бар материалдарды газдар мен сұйықтардың келтірілген жылдамдықты диффузиясында алу мүмкіндігі.

Полимерлі композиттік материалдардың физикалық қасиеттеріне толықтырғыштардың әсері

Полимерлі композиттік материалдардың қасиеттерін олардың құрамын өзгерту немесе басқа бір компонент енгізу арқылы реттеуге болады. Механикалық қасиеттеріне пластификаторлар, армирлеуші талшықтар мен толықтырғыштардың едәуір әсер ететіндігі белгілі. Пластификаторлар полимер матрицалы материалдардың шынылану температурасын төмендетедіп, пластикалық деформациясымен аққыштықтың үлесін арттырады. Ал қаттылығы мен беріктігін арттыруда талшықты толықтырғыштардың орны ерекше. Дисперсті толықтырғыштар беттік үлесіне байланысты физикалық қасиеттері: жылусыйымдылығы мен жылу өткізгіштігі өзгереді.

Жылусыйымдылық дегеніміз – затты немесе қатты денені 1К температураға қыздыру үшін жұмсалатын жылу мөлшері. Үлестік жылусыйымдылық – бірлік массадағы дененің температурасын 1К – ге өзгерту үшін жұмсалатын жылу мөлшері. Толықтырғыш енгізілген полимерлерде жылусыйымдылық аддитивті заңдылық бойынша өзгереді [Годовский Ю.К. Теплофизические свойства полимеров. М.: Химия. 1976. -216 с.]:

-толықтырғыш пен полиммердің жылусыйымдылығы; - полимердің көлемдік үлесі.

Жылуөткізгіштік – температурасы жоғары денеден температурасы төменгісіне жылудың өту немесе берілу процесі. Бұл құбылыс жылуөткізгіштік коэффициентімен сипатталады. Жылуөткізгіштік коэффициенті дегеніміз – материалдың бірлік ауданынан (1м²) бірлік уақыт ішінде (1с)де,бірлік қалыңдығынан (1м) 1К температура градиентінде өтетін жылу мөлшеріне тең шама. Жылусыйымдылық негізінен полимер температурасына, құрылымына, физикалық және фазалық күйіне тәуелді болады. Толықтырғыштардың жылуөткізгіштік коэффициентіне тәуелділігі толықтрғыштың өлшемі мен мөлшеріне, матрица ішінде таралуына және полимер матрицасымен әсерлесуіне (еруіне) байланысты анықталады. Толықтырғыш енгізілген полимерлердің жылуөткізгіштігін анықтайтын бірнеше теңдеулер бар. Солардың ішінде ең жиі қолданылатыны Гамильтон – Гроссер теңдеуі. Бұл теңдеу полимер матрицасында толықтырғыш мөлшері аса көп емес және қалыпты таралуы кезінде қолданылады [ Годовский Ю.К. Теплофизика полимеров. М.: Химия. 1982. - 280 с.].

толықтырғыш енгізілмеген жүйенің жылуөткізгіштік коэффициенті;

толықтырғыштың көлемдік үлесі; n – толықтырғыш бөлшектің пішінін сипаттайтын коэффициент (шартәрізді бөлшектер үшін n=3, басқа пішіндегі бөлшектер үшін n>3).

Ал толықтырғыш мөлшері матрицада орташа мәнде болса Миснар теңдеуі қолданылады:

Толықтырғыш концентрациясы тым көп болған жағдайда Дульнев теңдеуін қолданған тиімді:

n = l_H / l₀ ; c – толықтырғыш концентрациясына байланысты өзгеріп отыратын айнымалы шама; 2с³-3с²+1=

Полимер матрицасымен физикалық және химиялық байланысқа түсетін толықтырғыштар үшін тәжірибелік мәннен ауытқулар пайда болуы мүмкін. Бұл жағдайда эмпирикалық арақатынастар қолданылады.

Мысалы, техникалық көміртегімен толықтырылған эластомерлер үшін:

m - техникалық көміртегінің таралуының массалық үлесі; техникалық көміртегінің физикалық және химиялық қасиеттеріне тәуелді коэффициент:

Толықтырғыш құрамы мен типіне байланысты полиммерлі композиттердің жылулық қасиеттеріне өз әсерін тигізетінін жоғарыда айтылды. Осылайша жалпы полимерлі композиттік материалдардың толықтырғыш қасиеттеріне байланысты өзгерісін эмпирикалық тәуелділікпен көрсетеміз:

толықтырғыш енгізілмеген полимердің температура өткізгіштігі; толықтырғыштың массасы; толықтырғыш типіне тәуелді эмпирикалық коэффициент (м²/(c·масс.ч)).

ПКМ - дың электрлік қасиетіне толықтырғыштардың әсері

Полимерлер әдетте табиғаты жағынан диэлектриктер болып келеді. Осы полимерлерге ток тасымалдаушы бөлшектерді толықтырғыш ретінде енгізу жартылай өткізгішті полимерлі композиттік материалдар жасауға мүмкіндік береді. Бұл жағдайда толықтырғыш ретінде металл ұнтақтары, графит, техникалық көміртегі пайдаланылады. Металдық толықтырғыштар: күміс, никель және басқа да металдар полимерлерді химиялық бұзылудан сақтап, қышқылдануын төмендетеді. Толықтырылған жүйенің электр өткізгіштік механизмі тунельдікке жақын. Тунельдік кедергі полимер қабатының қалыңдығына сәйкестеледі, ол өз кезегінде толықтырғыш мөлшері мен өлшеміне тәуелді. Қалыңдық жұқарған сайын тунелдьдік кедергі де төмендейді. Аталған шама сонымен қатар толықтырғыш бөлшектерді бөліп тұрған полимер материалдың диэлектрлік өтімділігіне де байланысты: диэлектрлік өтімділік азайса кедергі де кемиді. Әлсіз өріс аудандарында кезінде кедергі кернеуге тәуелсіз түрде өзгереді, ал жоғары кернеу кезінде азаяды.

Электр тогын өткізетін толықтырғыштары бар полимерлердің электрөткізгіштігі полимер матрицада орналасқан бөлшектердің саны мен характеристикасына және бөлшектре арасындағы контактілік кедергіге тікелей тәуелді. Егер контактілік беттер арасында диэлектрик қабаты болмаса, онда контактілік кедергі мәні өткізгіштік меншікті кедергісі мен «контактілік нүктенің» радиусының арақатынасына байланысты болады [ Г.А. Лущейкин. Методы исследования электрических свойств полимеров М.: Химия. 1979. - 160 с.]:

Ал контактілік беттер арасында диэлектрик қабаты болған жағдайда контактілік кедергі қабаттың меншікті кедергісіне ,және қалыңдығына байланысты (.

шамасын қабаттың бірлік ауданына сәйкес келетін кедергісімен ауыстыруымызға болады. Егер түйісу ауданы радиусы тең шеңбер болса, онда :

Қабыршық қалыңдығы артқан сайын теңдеудің екінші мүшесінің () үлесі артады, ол контактілік кедергінің өсуіне себеп болады да 10 нм-ден қалың қабыршақтар үшін [Электрические свойства полимеров/Под ред. Б.И. Сажина. Л.: Химия. 1986. - 226 с.]:

Полимер материалдардың электрөткізгіштігі жақсаруы үшін матрица және толықтырғыш арасындағы байланыс энергиясы, полимер – полимер жүйесінің байланысынан артып түсуі қажет, сол кезде ғана полимер матрица ішінде ток өткізуші тізбек пайда болады. Толықтырғыштың матрица ішінде орналасуы, өлшемі мен таралу тығыздығы ток тасымалдаушы тізбек түзілуде негізгі рөлді атқарады.

1-сурет.Дисперсті толықтырғыштардың полимер матрицасында ток өткізуші тізбектер түзуі

Дисперсті толықтырғыштардың ПКМ - ң механикалық қасиеттеріне әсері

Полимерлі материалдарға дисперсті толықтырғыштарды енгізу жасалатын бұйымның құнынан механикалық қасиеттеріне дейін әсерін тигізеді. Дисперсті бөлшектерді полимер матрицасына енгізу материалдың серпімділік модулін және қаттылығын арттырады. 2 – суретте дисперсті толықтырғыштардың Кернер теңдеуі [11] бойынша меншікті серпімділік модуліне әсері көрсетілген. Төменде келтірілген мәліметтер мен серпімділік модулін есептеуге арналған теңдеулер Нильсен монографиясынан алынған [12.25]. Толықтырғыш енгізілген композиттік материалдың кез – келген М серпімділік модулі төмендегі жалпылама теңдеумен анықталады,

, ,

2 – сурет. Композиттік материалдың қатысты серпімділік модуліне (, М –G, E, B) толықтырғыштың меншікті көлемдік үлесіне тәуелділік графигі.

Жоғарғы 1-қисық полимердің Т_с – шынылану температурасына жоғары температурада толықтырылған материалдың меншікті серпімділік модулінің толықтыру дәрежесіне тәуелділігі. Бөлме температурасында осындай тәуелділік полиэтилен және поливинилхлорид сияқты эластикалық полимерлерге тән. Ал төменгі график Т_с – температурадан төменгі температурада толықтырғыш енгізілген полимерлерге тән. Оларға қатты поливинилхлорид, қатайтылған полимерлер жатады.

Қаттылыққа әсері

Полимерлі композиттік материалдардың қаттылығын әдетте материалдың серпімділік модулі сипаттайды. Сол себепті полимерлі композиттердің қаттылығын минералдар (Моос шкаласы), металдар (Бринелль әдісі), қаптамалар (Харман, Тукон әдісі) және басқа да материалдар сияқты анықтау дұрыс емес. ПКМ – ң серпімділік модулін арттыратын толықтырғыштар оның қаттылығын да жоғарылатады. Толықтырылған композиттердің қаттылығы негізінен толықтырғыш бөлшектер шоғырының (упаковкасының) тығыздығына және олардың серпімділік модуліне байланысты. Қаттылыққа әсер ететін басқа факторлар ретінде толықтырғыштың диспестілігі, компоненттердің адгезиялық әсерлесуі, жасалу кезінде толықтырғыштың матрицада таралу сипаты, толықтырғышты енгізу кезіндегі полимерлердің механодеструкциясын келтіруімізге болады.

Оптикалық қасиеттеріне әсері

Қоспасыз немесе толықтырылмаған полимерлер әдетте біртұтас жүйе ретінде қарастырылады. Сондықтан полимер матрицасының сыну көрсеткіші шамамен n=1,5 – ке тең болады. Ал толықтырғыш енгізу оптикалық қасиеттерінің өзгеруіне алып келеді. Яғни, мөлдірлік пен түсінің өзгеруіне, сыну көрсеткіші мен шағылысытыру коэффициентінің өзгерісіне алып келеді.

Егер толықтырғыш пен полимер матрицаның сыну көрсеткіштері бірдей болса, онда композиттік материал толықтырғыштың матрицада толық еруі жағдайында, P_f ≥V_f кезінде оптикалық мөлдір болады. Бұл шарттарды тек оптикалық шыны және изометриялық кристалдар ғана қанағаттандырады. Көп жағдайда матрица мен толықтырғыштың сыну көрсеткіштері әр түрлі болады. Осындай жағдайда материалдың мөлдірлігі жоғалады. Қалыпты жағдайда кремний диоксиді немесе кремнидің өзімен толықтырылған полимерлі композиттік материалдар сұр түсті болады.

Мысалы, кремний енгізілген полиимидтің шағылыстыру коэффициенті толықтырғыштың концентрациясына және таралу мөлшеріне байланысты өзгеріп отырады. Полиимид негізіндегі қабыршаққа кремний толықтырғышын енгізсек шағылысу коэффициенті өзгеріске ұшырайды. Ультракүлгін диапазонда (λ = 190 - 390 нм) шағылысу коэффициенті шамамен ~ 50 - 60% - ға тең. Полиимидті қабыршаққа кремний толтырғышты енгізу ультракүлгін диапазонда спектрлердің шың интенсивтіктерінің жоғарылауына және жарықтың шағылысу шекарасының ығысуына алып келеді. Бұл ПКМ матрицасының ішкі қайта құрылымдануына байланысты, ПИ қабыршақтың центріне кремний кристалдарының түйінделуіне байланысты. Полиимидті қабыршаққа кремний толтырғышты енгізу ультракүлгін диапазонда спектрлердің шың интенсивтіктерінің жоғарылауына және жарықтың шағылысу шекарасының ығысуына алып келеді. Бұл ПКМ матрицасының ішкі қайта құрылымдануына байланысты, ПИ қабыршақтың центріне кремний кристалдарының түйінделуіне байланысты.

Коррозияға тұрақтылық

Толықтырғыштың

Диэлектрлік өтімділікке әсері

Бояу

ҚОРЫТЫНДЫ

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Поиск по сайту: