Полимерные нанокомпозиты методическое руководство

В центральном канале корпуса помещается поршень 3 из закаленной стали, длина которого равна длине канала. На нижнем конце поршня имеется направляющая часть, диаметр которой на 0,075 мм меньше диаметра канала. Длина направляющей части 6,35±0,10 мм. На верхней части поршня находится втулка 2, на которой помещен съемный груз. В нижней части центрального канала укреплено стандартное сопло 6, выполненное из закаленной стали, диаметром 2,095±0,005 и длиной 8,0±0,25 мм. Его применяют для полимерных материалов с показателем текучести расплава от 0,15 до 25 г/10 мин; при большей текучести полимерных материалов (от 25 до 250 г/10 мин) применяют нестандартное сопло с внутренним диаметром 1,160–1,200 мм.

Корпус пластометра имеет электрообогрев, при помощи которого можно создавать в цилиндре необходимую температуру. Температура поддерживается автоматически и регулируется при помощи электронного потенциометра.

Прибор снабжен выдавливающим устройством для удаления остатков испытуемого материала.

Все поверхности пластометра, соприкасающиеся с материалом, должны быть отполированы. Пластометр устанавливают вертикально и укрепляют на штативе.

Полимерный материал для испытания применяют в виде порошка или небольших гранул.

Вес груза Р (г) для стандартного сопла рассчитывают по формуле:

Р=464(D2/d4),

где D – диаметр поршня, мм; d – диаметр сопла, мм. Колебания в весе груза допускается в пределах ± 10 г.

Цель работы. Изучение методики определения показателя текучести расплава полимерных материалов.

Исходные материалы и оборудование: гранулированные образ-

цыполимерныхматериалов,прибор дляопределенияПТР(ИИРТ-М).

Выполнение работы

Перед началом испытаний цилиндр и поршень нагревают до нужной температуры, выдерживают в течение 15 мин, а затем в центральный канал загружают навеску испытуемого полимерного материала и опускают поршень без груза. Спустя 3–4 мин, когда установится необходимая температура материала, на поршень помещают рассчитанный по приведенной выше формуле груз (вес груза вместе с

поршнем должен составлять 2,16 кг для создания давления на расплав

3 кг/см2).

21

После приложения нагрузки материал начинает выдавливаться через сопло пластометра. Первую выдавленную порцию загрузки (примерно 1/3) отбрасывают. Последующие порции срезают через определенные промежутки времени острым ножом и после охлаждения взвешивают.

Масса загружаемого в цилиндр пластометра полимерного материала и промежутки времени, через которые следует срезать выдавливаемый из сопла материал, зависят от предполагаемого значения показателя текучести:

Полученные результаты записывают в виде таблицы.

Значения ПТР исследованных полимерных материалов

Контрольные вопросы

1.Что характеризует показатель текучести расплава?

2.Значение показателя текучести расплава.

3.Влияние наполнителя на подвижность макромолекул полимерной матрицы.

4.Активные и неактивные наполнители для полимерных мате-

риалов.

5.Механизмы взаимодействия частиц наполнителя с полимерной матрицей.

6.Суть эффекта малых добавок.

22

Лабораторная работа № 11

Определение плотности прессованных или литых полимерных материалов

Плотность прессованных или литых полимерных материалов может быть определена гидростатическим методом с использованием аналитических весов.

Цель работы. Изучение методики определения плотности полимерных материалов.

Исходные материалы и оборудование: литьевые (прессован-

ные) образцы полимерных материалов, аналитические весы.

Выполнение работы

Отпрессованную или литую таблетку полимерного материала взвешивают на аналитических весах с точностью до 0, 002 г, погружают в спирт или петролейный эфир (т.е. жидкость, в которой полимерный материал не набухает, не растворяется, не взаимодействует) для удаления с поверхности таблетки пузырьков воздуха и вытирают фильтровальной бумагой. После этого образец подвешивают на очень тонкой проволоке к крючку над чашкой весов и подставляют стакан с жидкостью, в которой проводят определение (полимерный материал не должен растворяться, набухать и т.д.). Стакан ставят на специальную подставку, которая не должна касаться чашки весов. Образец с проволокой погружают в воду при 20 °С и взвешивают. Затем взвешивают проволоку без образца при том же уровне погружения.

Плотность полимерного материала ρ (в г/см3) вычисляют по формуле:

ρ = (g/(g-(b1-b2))×ρo,

где g – вес таблетки полимерного материала на воздухе, г; b1 – вес таблетки и проволоки в воде, г; b2 – вес проволоки в воде, г; ρo – плот-

ность воды или другой жидкости при 20 °С (для воды ρo = 0,9983), г/см3.

Контрольные вопросы

1.Плотность полимерных материалов.

2.Понятие свободного объема в полимерах.

3.Распределение частиц наполнителя в полимерной матрице.

4.Значение плотности полимерных композитов в технике.

23

Лабораторная работа № 12

Определение твердости нанокомпозитов

Наиболее часто используемым методом определения твердости материалов является метод вдавливания. Принцип определения состоит в измерении глубины вдавливания в материал определенного индентора под действием силы в заданных условиях. Одним из методов измерения твердости низкомодульных материалов, к которым относятся и полимеры, и композиты на их основе – это твердость по Шору, шкала D, кг*с/мм. Этот метод является эмпирическим испытанием. Не существует простой зависимости между твердостью, измеряемой с помощью данного метода, и каким-либо фундаментальным свойством испытуемого материала.

Цель работы. Изучение методики определения твердости полимерных материалов.

Исходные материалы и оборудование: стандартные образцы полимерных материалов, прибор для определения твердости - дюрометр Шора типа D (Твердомер HD-3000 модели OS-2 фирмы «Hildebrand»Hildebrand).

Выполнение работы

Для определения твердости полимерного материала (образец в виде диска с диаметром 40 мм и высотой 5 мм, дюрометр устанавливают вертикально. Носик индентора при этом должен отстоять от края образца на те самые 12 мм. Прижимать опорную поверхность к образцу нужно как можно быстрее, без толчков, держа параллель между плоскостями. Остается приложить к опорной поверхности давление, обеспечивающее надежный контакт с испытуемым материалом. Для этого применяют груз. Мгновенное измерение проводят за 1 с (максимальная твердость). Однако, обычно, показатели снимают через 15 с (твердость после прохождения процесса релаксации). Для верности проводят 5 замеров в разных местах поверхности. Среднее число и есть число твердости. Полученные результаты записывают в виде таблицы.

24

Твердость полимерного материала на основе …

Контрольные вопросы

1.Суть метода определения твердости полимерных материалов по Шору.

2.Основныеметодыопределениятвердостиразличныхматериалов.

3.Связь твердости с морфологией полимерного материала.

4.Влияние свойств и характера распределения частиц наполни-

теля на твердость полимерных композитов.

25

ЛИТЕРАТУРА

1.Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учебное пособие. – 3-е испр. изд. / под ред. А.А. Берлина. – СПб.: ЦОП «Профессия», 2011. – 560 с.

2.Переработка пластмасс / Шварц О., Эбилинг Ф.-В., Фурт Б.; под общ. ред. А.Д. Паниматченко. – СПб.: Профессия, 2008. – 320 с.

3.Технология полимерных материалов / под ред. В. К. Крыжановского. – СПб.: Профессия, 2008. – 352 с.

4.Мэнсон Дж., Сперлинг Л. Полимерные смеси и композиты. –

М.: Химия, 1979. – 420 с.

5.Тагер А.А. Физикохимия полимеров. 3-е изд. – М.: Химия, 1978. – 544 с.

6.Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров. М.: Высшая школа, 1988 (или 2-е изд. – М., КолосС, 2007. – 420 с.).

7.П. Харрис. Углеродные нанотрубы и их применение. – М.: Техносфера, 2006. – 380 с.

8.Ч. Пул, Ф. Оуэнс. Нанотехнологии. 2-е доп. изд. – М.: Техно-

сфера, 2006. – 450 с.

9.Полимерные нанокомпозиты / под ред. Ю Уинг Май, Жонг Жен Ю. – М.: Техносфера, 2009. – 520 с.

10.Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полиме-

ров. – М.: Химия, 1984. – 280 с.

11.Берлин А.А., Вольфсон С.А., Ошмян В.Г., Еникополов Н.С.

Принципы создания композиционных полимерных материалов. – М.:

Химия, 1990. – 240 с.

12.Беспалов Ю.А., Коноваленко Н.Г. Многокомпонентные системы на основе полимеров. – Л.: Химия, 1981. – 88 с.

13.Гольдман А.Я. Прогнозирование деформацинно-прочностных свойств полимерных икомпозиционныхматериалов. – Л.: Химия, 1988. –

272 с.

14.Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. – М.: Высшаяшкола, 1972. – 320 с.

15.Малкин А.Я., Аскадский А.А., Коврига В.В. Методы измерения механическихсвойств полимеров. – М.: Химия, 1978. – 336 с.

16.Наполнители для полимерных композиционных материалов.

Справочное пособие / под ред. Г.С. Каца иД.В. Милевски / пер. с англ. / подред. П.Г. Бабаевского. – М.: Химия,1981. – 736 с.

26

УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ

Борукаев Тимур Абдулович Шаов Абубекир Хасанович Мурзаканова Марина Малилевна Машуков Нурали Иналович

ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ

Методическое руководство к лабораторным работам

Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки 18.03.01 Химическая технология

Рекомендовано РИСом университета

Редактор Хакулова Л.М.

Компьютерная верстка Золотаревой Н.И.

Корректор Скачкова Л.А.

В печать 19.11.2018. Формат 60х84 1/16.

Печать трафаретная. Бумага офсетная. 1,63 усл.п.л. 1,0 уч.-изд.л.

Тираж 50 экз. Заказ № 8209. Кабардино-Балкарский государственный университет. 360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173.

Издательство КБГУ 360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173.

27