924

Лиопо В. А., Струк В. А., Кравченко В. И.
Действие допинговых наногеомодикаторов на композиты на основе полимеров

ДЕЙСТВИЕ ДОПИНГОВЫХ НАНОГЕОМОДИФИКАТОРОВ НА КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРОВ

THE ACTION OF DOPE NANOGEOMODIFIER TO COMPOSITE MATERIAL ON POLYMERIC BASE

V.A. Liopo1, V.A. Struk1, V.I. Kravchenko2

1 Grodno State University, Grodno, Belarus, liopo@grsu.by

2 OAS “Belkard”, Grodno, Belarus

 

The modifier action of mineral filler into polymeric matter was investigated. It was analysed the action of mineral nanoparticle with concentration . Activity of mineral nanomodifiers depends on the crystal chemistry properties matter of nanogeomodifier particles (NGM-P). The modifier action of NGM-P to polymeric composite matter is conditioned by electric charge on their surfaces and also these particles habit. The appearance of electrostatic mosaic on the juvenile surfaces of crystal is explained by quantum theory methods. The statistics analyses of angles between polymeric molecules axes and normal to surface of filler particles is accounted sufficiently large width about 10-15 polymeric molecular layers. The molecular structure of polymeric matter changes with NGM-P action. This result was discovered by x-ray method calculation of function distribution of radial atomic density.

Нами были выполнены работы по созданию композиционных материалов на основе полимерных матриц с нанодисперсными наполнителями, полученными при диспергировании минералов с различными точечными группами, структурами и составами. Установлено, что при концентрации модификатора до 0,5масс% прочность и износостойкость деталей, изготовленных из термопластичных композитов, увеличивается на 20 % ÷ 40 %. При анализе физико-химических механизмов процессов получения функциональных композитов было установлено:

  1. При создании композитов на основе полимеров с нанодисперсными минеральными добавками – наногеомодификаторами – следует учитывать кристаллохимические характеристики используемого минерала.
  2. Активность наночастиц модификатора обусловлена электрическими поверхностными зарядами с большим временем релаксации (от десятков секунд до минут), что объясняется различием дефектов на смежных ювенильных поверхностях, образовавшихся при диспергировании. Зарядовая мозаика возникает вследствие различия коэффициента пропускания заряженных элементов структуры кристалла (электронов или ионов) через энергетический барьер, возникающий в межкристаллитной зоне в процессе начального разрушения кристалла.
  3. Влияние зарядов приводит к изменению молекулярной структуры полимерной матрицы вследствие взаимодействия заряженной поверхности частицы с полярными (или поляризованными) молекулами полимера в приповерхностном по отношению к минеральной частице слою.
  4. Анализ распределений углов между осями диполей, прилегающей к минеральной частице молекул, и нормалью к поверхности в точке их взаимодействия показал, что измененный слой полимерной матрицы может достигать нескольких нанометров, что согласуется с экспериментально рассчитанными функциями радиального распределения атомной плотности (ФРРАП), построенными на основе данных рентгеновской дифрактометрии.
  5. Предложена модель, объясняющая выраженный модифицирующий эффект наногеомодификаторов при их малой концентрации. Объяснено экспериментально наблюдаемое ухудшение физико-механических свойств композита при концентрации минерального наномодификатора С>1,5масс%.
  6. Установлено, что точечная группа кристалла, используемого для получения наночастиц, путем его диспергирования, или кристалла, в который переходит частица при дальнейшем росте, в качестве своей подгруппы имеет точечную группу габитуса, модифицированной наночастицей области. В зависимости от точечной группы минерала его наночастицы характеризуется габитусами близкими к чешуйками, либо к вискерами, либо к сферическим частицами.
  7. На основе квантово-механических представлений в рамках двух независимых подходов выведена формула для оценки размерной границы между макро- и наностоянием , имеющая вид , где  – температура Дебая. Исследована корреляция между расчетными и экспериментальными значениями .
  8. Предложен метод расчета оптимальных концентраций наногеомодификатора в зависимости от размеров наночастиц, толщины модифицированного слоя и наноразмерности, т.е. изучены действия на полимерную матрицу одномерных (чешуйки), двухмерных (вискеры) и трехмерных наночастиц.

Технологии создания композиционных материалов на основе полимеров с      наногеомодификаторами были использованы нами в ряде наших прикладных разработок, защищенных патентами, в том числе и патентами РФ.