Введение к работе
Актуальность темы. В процессе эксплуатации поверхностные и объемные слои изделий и конструкций находятся в различных условиях. В связи с этим существенно различаются и требования, предъявляемые к их структуре и свойствам.
Традиционным методом регулирования свойств полимерных материалов по сечению является послойное нанесение полимеров различного состава, что представляет собой трудоемкий длительный процесс. К тому же, при этом получаются материалы с низкой межслоевой адгезией. Более перспективным представляется регулирование свойств по сечению путем диффузии мономера в полимерную матрицу или применением саморасслаивающихся композиций. В результате образуются градиентные материалы, обладающие плавным распределением (градиентом) состава и свойств по сечению.
Количество полученных и исследованных к настоящему времени градиентных полимерных материалов невелико, особенно, материалов на основе эпоксиполимеров. Между тем эпоксидные полимеры занимают важное место среди синтетических полимерных материалов, производимых в мире. Ранее проведенные исследования показали, что некоторые глицидиловые эфиры кислот фосфора (ГЭФ) ограниченно совместимы с эпоксидными олигомерами, что дает возможность создания на их основе саморасслаивающихся градиентных материалов.
Градиентные системы являются сложными объектами для исследования их механических, теплофизических, оптических и других свойств, что объясняет малое количество работ в этой области. Однако уже сейчас градиентные материалы находят определенное применение в различных областях техники, медицины, оптики и электроники. В связи с этим поиск способов получения новых градиентных полимерных материалов, изучение взаимосвязи между составом, структурой и распределением свойств в них является актуальным и практически важным.
Целью работы является разработка физико-химических основ получения градиентных материалов на основе ограниченно совместимых эпоксидиановых олигомеров (ЭО) и глицидиловых эфиров кислот фосфора.
Для достижения поставленной цели в процессе работы решались следующие задами:
изучение процесса расслоения.смесей ограниченно совместимых эпоксидных олигомеров; исследование состава и структуры получаемых фадиентных композиций;
определение физико-химических, термических, механических, оптических
характеристик и градиента их распределения по сечению получаемых мате
риалов;
выбор оптимальных режимов и составов для получения фадиентных ма
териалов с заданными свойствами.
"gjpgj
ІСНАЦИОНЛЛЬИЛІЯ1 БИБЛИОТЕКА }
Научная noun им полученных результатов заключается и том, что в диссертации впервые:
получены серии градиентных полимеров на основе ограниченно совместимых 'X) и Г')Ф и изучены их основные свойства;
математически описан процесс расслоения системы, происходящий в ходе формирования материала;
предложен теоретико-экспериментальный метод определения распределения модуля упругости и температурного коэффициента линейного расширения по сечению градиентного материала;
предложены составы для получения саморасслаивающихся лакокрасочных покрытии и проведена оценка работоспособности градиентных покрытий в ходе циклического нагружения динамическим механическим методом;
предложен способ получения оптических материалов с градиентом показателя преломления па основе ограниченно совместимых эпоксидных олигомеров.
Практическая ценность состоит в том, что разработанные физико-химические основы позволяют получать на основе ограниченно совместимых эпоксидных олигомеров градиентные полимерные материалы с заданной структурой и свойствами.
На основе предложенных составов разработаны лакокрасочные покрытия, обладающие высокой работоспособностью, втом числе в условиях термоциклического нагружения, благодаря эластичности, водо- и химстойкости верхних слоев и высокой адгезионной прочности нижних. Саморасслаивающиеся композиции были внедрены в производство на Государственном унитарном предприятии РТ «Производственное объединение Елабужский завод легковых автомобилей» в качестве пленкообразователей фадиентных покрытий для защиты выпускаемых металлических изделий от коррозии.
Разработанные композиции были использованы также для получения оптических полимерных материалов с градиентом показателя преломления, применяемые, например, в качестве иммерсионной среды в оптронах. Оптическая среда должна иметь градиент показателя преломления, чтобы снизить потери при передаче сигнала на і-раницах с излучателем и приемником. Составы были внедрены в (XX) «Научно-производственном предприятии «НИКСИ».
На защиту выносятся:
данные о совместимости, вязкости, плотности и распределении частиц по размерам дли олигомерпых систем ЭО-ГЭФ;
модели распределения частиц эмульсии ЭО-Г'ЭФ по высоте образца в зависимости от состава, времени, вязкости и температуры;
времена гелеобразования изучаемых систем для различных типов и концентраций \')Ф, температур отверждения и типов отвердителя;
распределение состава и структуры в отвержденных системах на основе ЭО-1")Ф, полученные методами ССМ, ИК-спектроскопии и элементного анализа;
данные послойного распределения температуры стеклования, микротвердости, модуля упругости, температурного коэффициента линейного расширения и показателя преломления по сечению получаемых материалов;
- характеристики лакокрасочных покрытий и оптических материалом, полученных па основе ограниченно совместимых эпоксидных олигомерон.
Личный вклад соискателя в представленных к защите материалах состоит в проведении исследований, обработке и интерпретации экспериментальных данных, обобщении основных результатов, подготовке статей, докладов, отчетов. Совместно с профессором Амировой Л.М. и профессором Сидоровым И.П. проводилось планирование этапов работы, обсуждение и обобщение результате.
Апробации работы. Результаты исследований по теме диссертации представлены и обсуждены на всероссийских и международных конференциях: Восьмой международной конференции по химии и физикохимии оли гомеров «Олигомеры-2002» (Москва, Черноголовка, 2002); Ш Всероссийской Каргин-ской конференции «Полимеры-2004» (Москва, МГУ, 2004); VIII, IX, X Всероссийских конференциях «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик, 2001, 2002, 2003); Международной научно-технической конференции «Композиционные материалы в авиастроении и народном хозяйстве» (Казань, КГТУ им. А. Н. Туполева, 2001); X Международной научной конференции студентов и аспирантов и вторых Кирпичниковских чтениях «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, КГТУ (КХТИ), 2001); XII Международной конференции "Mechanics of composite materials" (Latvia, Riga, 2002); XXXI Международной школе-конференции "Advanced problems in mechanics" (St.Petersburg, Repino, 2003); XIV Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Внутри-камерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология» (Казань, 2002); I, II, III Научных конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов НОЦ КГУ «Материалы и технологии XXI века» (Казань, КГУ, 2000, 2001,2002).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 22 публикациях, из них - 6 статей, опубликованные в научных журналах и сборниках, 1 патент, 15 тезисов докладов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 153 страницах, содержит 56 рисунков и 14 таблиц. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (155 наименований).
Работа имела поддержку гранта НОЦ КГУ «Материалы и технологии XXI века» (BRHE RCC-007,2000r., 2004г.).
