Введение к работе
Актуальность работы
В последнее время композиционные материалы (КМ) начинают играть все большую роль в различных областях человеческой деятельности. Разработка технологий получения КМ со свойствами, недостижимыми для традиционных материалов явилась одной из основных причин успеха в развитии современной авиакосмической техники. Особое место среди КМ занимают материалы, в которых наполнителем являются углеродные материалы (УМ). Это объясняется уникальным сочетанием механических, термических и физико-химических свойств, которые характерны только для УМ.
Физико-механические свойства КМ в основном определяются адгезионными взаимодействиями между матрицей и наполнителем. Улучшение адгезии проявляется при модифицировании поверхности наполнителя,, при этом наибольший эффект дает прививка поверхностных функциональных групп (ФГ). чт0 приводит к созданию химических связей между наполнителем и матрицей. Одним из наиболее эффективных методов модифицирования УМ является газофазное окисление их поверхности, образующее широкий спектр ФГ и улучшающее адгезионные взаимодействия в КМ.
Анализ современных представлений о конструкционных материалах на основе УМ показывает, что несмотря на большой объем работ в этой области, не разработана система исследований, позволяющая установить взаимосвязи между условиями газофазного окислительного модифицирования углеродной поверхности, ее физико-химическими свойствами и механическими характеристиками КМ, армирующим компонентом в которых являются углеродные наполнители. В связи с этим, нами предлагается комплексный подход к решению вышеуказанной проблемы, позволяющий создавать технологии получения высокопрочных КМ на основе целенаправленно модифицированных УМ.
Цели и задачи работы
Основной целью данной работы является разработка комплексного подхода к созданию КМ на основе целенаправленно модифицированных углеродных наполнителей. Решение этой задачи складывалось из следующих этапов:
- Создание комплекса методов анализа свойств поверхности УМ в условиях, максимально приближенных к производственным;
Определение условий газофазного окислительного модифицирования поверхности УМ, позволяющих достигать равномерного заполнения углеродной поверхности функциональными группами;
Разработка физико-химических основ установления взаимосвязей между условиями газофазного окислительного модифицирования УМ, свойствами их поверхности и механическими характеристиками КМ на их основе.
Разработка технологий получения КМ на основе модифицированных углеродных наполнителей с повышенными физико-механическими свойствами.
Научная новизна работы
- В работе впервые предложен комплексный подход к целенаправ
ленному модифицированию поверхности углеродных наполнителей,
которое приводит к получению высокопрочных КМ.
- Дано физико-химическое обоснование условий газофазного,
окислительного модифицирования поверхности УМ, позволяющих
достигать равномерного окисления углеродной поверхности;
Впервые сформулирована и экспериментально подтверждена гипотеза о существовании граничной температуры для каждого вида УМ, после достижения которой происходят качественные изменения в соотношении кислотных и основных поверхностных ФГ и, как следствие, в адгезионных свойствах углеродной поверхности.
Установлены взаимосвязи между условиями газофазного окислительного модифицирования углеродных наполнителей, свойствами их поверхности и физико-механическими характеристиками КМ на их основе.
Разработана стратегия целенаправленного газофазного модифицирования поверхности углеродных наполнителей, основанная на кислотно-основном механизме адгезионного взаимодействия УМ с полярными средами и приводящая с созданию технологий получения высокопрочных КМ.
Практическая значимость работы
Разработан комплекс методов анализа, позволяющий получать полную информацию о структуре ФГ и энергетических параметрах поверхности УМ в различных средах.
Разработана принципиально новая, малоотходная технология получения углерод-углеродных композиционных материалов, основанная
на использовании окисленного технического углерода и водных растворов фенолформальдегидных смол.
Создан углецементный материал, использующий в качестве наполнителя окисленные углеродные волокна и обладающий механическими свойствами, многократно превышающие ненаполнен-ную цементную матрицу.
Полученные композиты прошли опытную проверку и натурные испытания в ведущих отраслевых институтах НИИГрафит и ГПИ и НИИ АЭРОПроект и рекомендованы к внедрению.
Личный вклад автора
Автору принадлежит решающая роль в выборе направления исследования, создании физико-химических моделей и методических подходов, анализе экспериментальных данных и обобщении результатов. Экспериментальная часть осуществлены при его непосредственном участии. В работах, выполненных в соавторстве, вклад автора заключается в участии на всех этапах работы от постановки задачи до обсуждения результатов.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 53 печатные работы и получено 2 авторских свидетельства.
Апробация работы
Основные результаты работы были доложены и обсуждены в период с 1979 г. по 1996 г. на Всесоюзных, Всероссийских конференциях, симпозиумах и семинарах, а также на международных конференциях в Великобритании, США, Франции, Германии и Польше.
Объем и структура работы
Похожие диссертации на Композиционные материалы на основе модифицированных углеродных наполнителей
