Распределение наночастиц по размерам

25 
Распределение наночастиц γ-фазы алюмага и нанокомпозита имеет 
ассиметрическую форму с хвостом в область больших размеров (Рис.2, 3). 
Распределение наночастиц по размерам 
(обр. t2, порошок)
0
20
40
60
80
100
120
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
R/2, нм
D
v
(R
),
 от
н
.е
д
Рис. 3. Распределение наночастиц по размерам для нанокомпозита 
 ПТФЭ + 2% γ-фазы алюмага 
Основной задачей анализов образцов было определение значений их 
структурно-дисперсных характеристик. Из гистограммы распределения алюмага в 
нанокомпозите видно, что наибольшее количество наночастиц со средним 
размером ~ 8 нм. Показано, что структурные характеристики частиц в процессе 
подготовки образцов изменяются незначительно. Можно сделать вывод о том, что 
наночастицы в волокнах алюмага не агломерируются. 
Результаты исследований деформационно-прочностных и триботехнических 
характеристик композитов на основе ПТФЭ и алюмага приведены в табл.2. 
Показано (табл.2), что при малом наполнении ПТФЭ нанопорошком алюмага 
до 2 мас.% улучшаются прочностные свойства материалов. При увеличении 
концентрации алюмага до 5 мас.% происходит снижение прочностных 
характеристик до уровня ненаполненного ПТФЭ. Прочность при растяжении 
увеличилась в среднем на 18 %. 

26 
Таблица 2 
Деформационно-прочностные и триботехнические характеристики ПКМ на 
основе ПТФЭ и алюмага 
Композиция 

R
р
R
, МПа 

R
р
R
, % 
I,мг/ч 

- 

- 

- 

- 

- 

- 
Ненаполненный ПТФЭ 
20-21 
320-330 
74,0- 75,0 
ПТФЭ + 0,1% 
 
алюмага 
22,2 
22.1 
443 
471 
2,6 
53,1 
ПТФЭ + 0,5% алюмага 
25,4 
24,8 
422 
460 
2,9 
23,0 
ПТФЭ + 1,0% алюмага 
23,6 
22,9 
339 
416 
2,5 
7,7 
ПТФЭ + 2,0% алюмага 
21,4 
22,7 
335 
357 
1,2 
1,4 
ПТФЭ + 5,0% алюмага 
17,7 
19,8 
281 
315 
0,2 
0,6 
где:

R
р
R
— предел прочности при растяжении; 

R
р
R
— относительное удлинение 
при разрыве; I — скорость массового изнашивания. 
Увеличение прочностных характеристик композиций можно объяснить 
эффектом межструктурного наполнения, когда наночастицы располагаются по 
границам раздела надмолекулярных образований в местах дефектов, влияя на 
гибкость макромолекул, что приводит и к изменению эластичности материалов. 
Частицы наполнителя адсорбируются на поверхности элементов структуры 
полимера, снижая их взаимодействие и облегчая взаимное перемещение. Механизм 
действия добавок заключается в том, что на поверхности твердых частиц 
зародышеобразователя 
в 
результате 
адсорбции 
и 
физико-химического 
взаимодействия с сегментами макромолекулы возникают упорядоченные области 
полимера, играющие роль центров кристаллизации. Макромолекулы переходят из 
состояния статического клубка в состояние упорядоченного расположения 
регулярных участков цепей, возникает дальний порядок, определяющий 
соответствующий уровень надмолекулярной структуры. 
При введении малых количеств алюмага (0,1-0,5 мас.%) происходит 
значительное увеличение относительного удлинения при разрыве. Как видно из 
табл.3, значения 

R
р
R
увеличиваются в 1,3 раза по сравнению с ненаполненным 

27 
ПТФЭ. При дальнейшем введении нано-алюмага происходит снижение 
эластичности, но до уровня, допустимого для композитов на основе ПТФЭ. 
Видно, 
что 
характер 
зависимостей 
деформационно-прочностных 
характеристик 
ПТКМ 
отличается 
от 
зависимостей 
триботехнических 
характеристик ПКМ от концентрации наполнителя. Увеличение концентрации 
алюмага в ПТФЭ приводит к плавному росту деформационно-прочностных 
характеристик композитов, в то время как износостойкость возрастает резко уже 
при 0,1-0,5 мас.% алюмага. Износостойкость нанокомпозитов увеличивается в 30 
раз при добавлении всего 0,1 мас. % алюмага, а при введении 5 мас. % 
нанонаполнителя массовый износ уменьшается в 325 раз. 
 
Улучшение механических характеристик полимера при малых степенях 
наполнения может быть обусловлено тем, что дисперсный наполнитель, который 
концентрируется в аморфных областях, упрочняет его и увеличивает плотность их 
упаковки. При больших степенях наполнения на механических свойствах 
начинают сказываться факторы, связанные с возникновением перенапряжения, 
дефектных областей, формированием менее совершенных структур [2]. 
На триботехнические свойства полимерных композитов влияет множество 
факторов, существенными среди которых являются: влияние нагрузки, скорости 
скольжения, температуры в зоне трения, ориентационные эффекты, структура 
поверхностных слоев материалов. В связи с этим были проведены структурные 
исследования нанокомпозитов. 
В отличие от известных материалов, содержащих традиционные наполнители, 
структура ПКМ с нанонаполнителями характеризуется как более совершенная, 
мелкосферолитная, с высокой плотностью упаковки структурных элементов. 
Электронно-микроскопические исследования показали (рис.4) , что морфология 
наполненного полимера значительно отличается от морфологии исходного 
полимера.
Структура кристаллических областей ПТФЭ, в отличие от других 
кристаллизующихся полимеров, характеризуется как «ленточная», состоящая из 
пачек ламелей [1, 6] и обладающая высокой степенью кристалличности. 

28 
Введение активных наночастиц с развитой удельной поверхностью 
обеспечило существенное изменение кристаллизации, приведя к образованию 
различных 
надмолекулярных 
структурных 
элементов 
в 
ПТФЭ, 
идентифицированных нами как сферолиты. На микрофотографиях электронной 
микроскопии видно, что частицы алюмага служат центрами кристаллизации, от 
которых идет рост сферолитных образований (рис.4,а). 

жүктеу/скачать 13,27 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: