Исследование структур бинарно наполненных композитов на основе ПТФЭ

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР БИНАРНО НАПОЛНЕННЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПТФЭ

, ,

Сумский государственный университет, 40007, г. Сумы,

, [phone]

В рамках создания влагостойких антифрикционных углеволокнистых фторопластовых композитов (ПТФЭ + углеродные волокна), разработаны и изучены композиты с бинарным наполнением (волокнистый и дисперсный наполнитель). В качестве дисперсных наполнителей, были выбраны графит, дисульфид молибдена, карбид титана, бронзовый порошок и кокс.

Для изучения энергетики внешнего воздействия фрикционного взаимодействия полимерного композита с контртелом применен метод дифференциального термического анализа, при котором исследовались образцы как чистого, так и наполненного ПТФЭ. Для изучения процессов, проходящих при трении в структурной организации ПТФЭ и влияния на нее волокнистого наполнителя и твердой смазки различной природы, применен метод рентгеноструктурного анализа.

В результате проведенных исследований установлены следующие закономерности. Параметр кристаллической ячейки всех материалов с повышением температуры увеличивается незначительно, при этом у композиционных материалов этот параметр больше. Различие параметров структуры ПТФЭ при введение различных наполнителей оказывает существенное влияние на физико‑механические и триботехнические свойства композита. Анализ рентгенограмм показал также, что введение наполнителей снижает температуру плавления кристаллитов, т. е. влияет на температуру фазовых переходов и свойства композита.

В целом, исследование структур наполненных материалов на основе ПТФЭ показало, что в нем, как и в чистом ПТФЭ, при увеличении температуры выше температуры плавления кристаллитов в аморфной фазе сохраняется послойное расположение молекул ПТФЭ. Это свидетельствует о том, что при определенном уровне внешнего энергетического воздействия кристаллическая фаза ПТФЭ, переходя в аморфную, самоорганизуется в новую, относительно упорядоченную структуру.

Совместный анализ результатов рентгеноструктурного и дифференциального термического исследований позволяет сделать вывод, что повышение температуры ПТФЭ вызывает фазовые переходы кристаллической фазы в аморфную, аморфной в жидкокристаллическую (ЖКС) типа термотропных жидких кристаллов. Наполнители могут способствовать образованию ЖКС, вызывая ограничения подвижности молекулярных цепей ПТФЭ и повышая эксплуатационные свойства композита.

В присутствии структурно‑активных наполнителей скорость рекристаллизации чистого полимера выше, чем у ненаполненного, т. к. частицы порошка твердой смазки выступают в качестве центров зародышеобразования. В то же время, процессы разупорядочения структурированного полимерного композиционного материала протекают медленнее, поэтому температура плавления остается практически неизменной. Уменьшение значения энтропии при введении углеродных волокон и порошков наполнителей объясняется переходом большего числа макромолекул в граничные слои, в которых их подвижность уменьшается, что способствует кристаллизации.

Введение в ПТФЭ бинарного наполнителя приводит к существенному изменению структуры связующего. Основными элементами структуры становятся разнообразные по форме и размерам структурные образования, которые в ненаполненном состоянии не наблюдаются. Зарегистрировано размельчение структурных элементов ПТФЭ, и достаточно равномерное распределение наполнителя в связующем.