Теплофизические характеристики наполненных полимерных пленок - Разработка композиционного многослойного полимерного радиопоглощающего материала на основе поливинилхлоридных пленок, наполненных диспергированным углеродным волокном

Определение теплофизических характеристик наполненных полимерных пленок очень важно с практической точки зрения. Предполагаемой областью применения материалов является изготовление защитных чехлов технического назначения, предназначенных, например, для электронной или радиоаппаратуры. Поэтому следует понимать, как ведут себя материалы при различных температурах, как они могут отводить или аккумулировать тепло.

Для этой цели получали зависимости тепловых эффектов, отражающих структурные изменения пленок на основе ПВХ, от температуры нагрева (ДТА-граммы) и зависимости массы от температуры (термограммы) для выявления роли углеродного волокна.

Исследования теплофизических характеристик проводили на наполненных монолитных пленках на основе ПВХ с использованием термоанализатора синхронного PerkinElmer STA 6000 при скорости нагрева 5 єС/мин и в диапазоне температур от 150 до 750 єС. Предварительные эксперименты показали, что образцы с пористой структурой ведут себя идентично монолитным, и нет необходимости исследовать широкий спектр материалов.

По результатам предварительных испытаний было установлено, что образцы с пористой структурой ведут себя идентично монолитным, и нет необходимости исследовать широкий спектр материалов, а также определено, что при температуре менее 150 єС изменение массы образцов не происходит.

Результаты проведенных исследований полимерных пленок с содержанием углеродного волокна от 0,25 до 1,0 мас. ч. на 100 мас. ч. ПВХ представлены на рисунках 37-40.

Анализ полученных данных показал, что процесс разложения пленок на основе ПВХ, наполненных углеродным волокном, происходит в три стадии. Учитывая похожий характер разложения пленок, для наглядного представления была создана общая термограмма (рис. 41) В процессе каждой стадии масса образца уменьшалась на определенную величину, что отражается соответствующими участками зависимости (рис. 41). Очевидно, что чем меньше потери массы на первых двух стадиях разложения ПВХ, которые протекают при относительно небольшой температуре, и чем больше потери массы на третьей стадии разложения, которая протекает при максимальной температуре, тем выше термостойкость наполненного ПВХ. Практическое значение имеет исследование зависимости уменьшения массы ПВХ, которое достигается на каждой стадии разложения, от концентрации углеродного волокна.

Уменьшение массы наполненных полимерных пленок на каждой стадии разложения рассчитывали по формуле:

,(3.1)

Где - уменьшение массы образца в течение определенной стадии разложения (определяли из термограммы), кг;

- начальная масса образца, кг;

С - содержание наполнителя, %.

Таким образом, при расчете потерь массы образца на каждой стадии разложения исключили влияние содержания электропроводящего наполнителя, который в интервале температур эксперимента не разлагается. Зависимости уменьшения массы пленок, достигаемые на каждой стадии разложения, от степени наполнения углеродным волокном представлены на рисунке 42.

Увеличение содержания углеродных волокон приводит к возрастанию части поливинилхлорида, разложение которого происходит на III стадии процесса. При этом наблюдается уменьшение части ПВХ, который разлагается на I стадии процесса. Количества полимера, разлагающегося на II стадии, при увеличении степени наполнения уменьшается незначительно.

Механизм стадийного разложения пленок отражает процесс структурирования растворенного ПВХ в присутствии углеродных волокон. Можно выделить три основных области структурирования ПВХ (рис. 41). Зона I - область, в объеме которой формирование структуры ПВХ не зависит от содержания наполнителя. Зона III-область, в объеме которой на поверхности волокон происходит формирование адсорбционных оболочек из ориентированных сегментов макромолекул ПВХ. Зона II-промежуточная область, в объеме которой достигается определенная степень структурирования макромолекул ПВХ, которая меньше степени структурирования в объеме зоны III. При получении пленок зоны структурирования макромолекул ПВХ сохраняются.

Термостойкость наполненных полимерных пленок зависит от межмолекулярного и внутримолекулярного взаимодействия, на преодоление которых затрачивается тепловая энергия. Внутримолекулярное взаимодействие определяется химическим составом макромолекулы полимера и не зависит от введения наполнителя. Напротив, структурирование ПВХ на поверхности частиц наполнителя приводит к уменьшению расстояния между макромолекулами и фиксация их положения. Результатом структурирования является увеличение межмолекулярного взаимодействия, что хорошо отражает полученные экспериментальные результаты зависимости термостойкости ПВХ от степени наполнения углеродными волокнами.

дта-грамма и термограмма полимерной пленки с содержанием углеродного волокна 0,25 мас.ч

Рис. 37. ДТА-грамма и термограмма полимерной пленки с содержанием углеродного волокна 0,25 мас. ч.

дта-грамма и термограмма полимерной пленки с содержанием углеродного волокна 0,5 мас.ч

Рис. 38. ДТА-грамма и термограмма полимерной пленки с содержанием углеродного волокна 0,5 мас. ч.

дта-грамма и термограмма полимерной пленки с содержанием углеродного волокна 0,75 мас.ч

Рис. 39. ДТА-грамма и термограмма полимерной пленки с содержанием углеродного волокна 0,75 мас. ч.

дта-грамма и термограмма полимерной пленки с содержанием углеродного волокна 1,0 мас.ч

Рис. 40. ДТА-грамма и термограмма полимерной пленки с содержанием углеродного волокна 1,0 мас. ч.

общий вид термогравиметрического анализа разложения пленок на основе поливинилхлорида

Рис. 41. Общий вид термогравиметрического анализа разложения пленок на основе поливинилхлорида

уменьшение массы пленок на перовом (_) и втором (&;#63;) этапах разложения пленок на основе поливинилхлорида

Рис. 42. Уменьшение массы пленок на перовом (_) и втором (?) этапах разложения пленок на основе поливинилхлорида

Похожие статьи




Теплофизические характеристики наполненных полимерных пленок - Разработка композиционного многослойного полимерного радиопоглощающего материала на основе поливинилхлоридных пленок, наполненных диспергированным углеродным волокном

Предыдущая | Следующая