Полимерные нанокомпозиты методическое руководство
..pdfВ 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:
ПТР, г/10 мин |
0,15–1,0 |
1,0–3,5 |
3,5–10 |
10–25 |
|
||||
|
|
|
|
|
Загрузка материала, г |
3–4 |
4–5 |
6–8 |
6–8 |
|
||||
|
|
|
|
|
Промежуток времени, сек |
240 |
60 |
30 |
20 |
|
||||
|
|
|
|
|
Полученные результаты записывают в виде таблицы.
Значения ПТР исследованных полимерных материалов
Состав |
ПТР, г/10мин |
Температура, °С |
Нагрузка, кг |
|
композитов |
||||
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
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 …
Образец |
1 |
2 |
3 |
4 |
Твердость по Шору, |
|
|
|
|
шкала D, кг*с/мм |
|
|
|
|
1 сек/15 сек |
|
|
|
|
Нагрузка – 5 кг. |
|
|
|
|
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