Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора
физико-математических наук: 02.00.06 – высокомолекулярные
соединения. — Физико-техническом институт им. А.Ф. Иоффе РАН. —
Санкт-Петербург, 2011. — 50 с.
Цель работы заключалась в установлении
закономерностей процессов аутогезии и адгезии при контакте двух
блочных полимерных образцов со стеклообразным объёмом, выяснении
механизмов этих процессов и определении критических
температурно-временных условий их реализации.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые выявлены закономерности и факты, формирующие новые представления об адгезии, диффузии, молекулярной динамике и стекловании в граничных слоях полимеров:
получено экспериментальное доказательство диффузии сегментов цепей через зону контакта двух блочных образцов линейных аморфных полимеров с застеклованным объёмом, в котором молекулярное движение этого типа является замороженным;
показано, что в процессе контактирования блочных образцов аморфных полимеров с застеклованным объёмом возможно установление межмолекулярных топологических зацеплений в зоне контакта;
для серии симметричных и асимметричных границ раздела полимер-полимер в условиях стеклообразного состояния объёма контактирующих образцов определены коэффициенты диффузии и термоактивационные параметры процесса взаимной диффузии — энергии активации и предэкспоненциальные множители; установлено, что логарифм предэкспоненты увеличивается прямо пропорционально энергии активации, указывая на соблюдение кинетического компенсационного эффекта;
выявлено существенное понижение температуры стеклования в приповерхностном слое по отношению к температуре стеклования в объёме блочных образцов карбо- и гетероцепных высокомолекулярных аморфных полимеров и их совместимых смесей;
для ряда линейных аморфных полимеров установлена корреляционная связь между понижением температуры стеклования приповерхностного слоя по отношению к температуре стеклования объёма полимера и гибкостью цепи, энергией активации процесса взаимной диффузии и силой межмолекулярного взаимодействия в объёме полимера, что позволило выявить влияние химической структуры цепи на сегментальную динамику в приповерхностных и контактных слоях полимеров;
найдена линейная зависимость корня квадратного из адгезионной прочности от температуры контактирования для границ раздела двух блочных образцов аморфных полимеров со стеклообразным объёмом, позволяющая определить низкотемпературную границу перехода стеклование-расстекловывание в приповерхностных и контактных слоях полимеров путём экстраполяции таких зависимостей к нулевой прочности.
Практическая значимость работы состоит в том, что:
разработан новый способ определения температуры стеклования приповерхностного слоя полимера, который может быть рекомендован для охарактеризовывания промышленных полимерных материалов; преимуществами этого способа являются методическая простота и отсутствие ограничений по толщине исследуемых объектов;
для полимеров крупнотоннажного производства получен большой объём новых экспериментальных данных по адгезионным механическим свойствам, в том числе аррениусовские и обобщённые зависимости прочности и модуля упругости; эти данные могут быть использованы для оптимизации параметров процесса экологически чистой твёрдофазной сварки полимер-полимерных композитов и ламинатов на основе блочных полимеров и сверхтонких плёнок в промышленных условиях, без использования адгезивных материалов и при более низких температурах по сравнению с использовавшимися ранее;
совместное использование гомополимеров и их совместимых смесей, которым присуща термодинамически выгодная поверхностная сегрегация одного из компонентов смеси, позволяет более гибко контролировать разность между температурами стеклования приповерхностного слоя и в объёме полимерного материала; это представляется важным для научно-обоснованного выбора полимерного материала, сочетающего в себе требуемые эксплуатационные свойства: адгезионные и трибологические свойства поверхности и физические свойства объёма;
при помощи предложенных уравнений может быть определён модуль упругости адгезионных соединений полимер-полимер.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые выявлены закономерности и факты, формирующие новые представления об адгезии, диффузии, молекулярной динамике и стекловании в граничных слоях полимеров:
получено экспериментальное доказательство диффузии сегментов цепей через зону контакта двух блочных образцов линейных аморфных полимеров с застеклованным объёмом, в котором молекулярное движение этого типа является замороженным;
показано, что в процессе контактирования блочных образцов аморфных полимеров с застеклованным объёмом возможно установление межмолекулярных топологических зацеплений в зоне контакта;
для серии симметричных и асимметричных границ раздела полимер-полимер в условиях стеклообразного состояния объёма контактирующих образцов определены коэффициенты диффузии и термоактивационные параметры процесса взаимной диффузии — энергии активации и предэкспоненциальные множители; установлено, что логарифм предэкспоненты увеличивается прямо пропорционально энергии активации, указывая на соблюдение кинетического компенсационного эффекта;
выявлено существенное понижение температуры стеклования в приповерхностном слое по отношению к температуре стеклования в объёме блочных образцов карбо- и гетероцепных высокомолекулярных аморфных полимеров и их совместимых смесей;
для ряда линейных аморфных полимеров установлена корреляционная связь между понижением температуры стеклования приповерхностного слоя по отношению к температуре стеклования объёма полимера и гибкостью цепи, энергией активации процесса взаимной диффузии и силой межмолекулярного взаимодействия в объёме полимера, что позволило выявить влияние химической структуры цепи на сегментальную динамику в приповерхностных и контактных слоях полимеров;
найдена линейная зависимость корня квадратного из адгезионной прочности от температуры контактирования для границ раздела двух блочных образцов аморфных полимеров со стеклообразным объёмом, позволяющая определить низкотемпературную границу перехода стеклование-расстекловывание в приповерхностных и контактных слоях полимеров путём экстраполяции таких зависимостей к нулевой прочности.
Практическая значимость работы состоит в том, что:
разработан новый способ определения температуры стеклования приповерхностного слоя полимера, который может быть рекомендован для охарактеризовывания промышленных полимерных материалов; преимуществами этого способа являются методическая простота и отсутствие ограничений по толщине исследуемых объектов;
для полимеров крупнотоннажного производства получен большой объём новых экспериментальных данных по адгезионным механическим свойствам, в том числе аррениусовские и обобщённые зависимости прочности и модуля упругости; эти данные могут быть использованы для оптимизации параметров процесса экологически чистой твёрдофазной сварки полимер-полимерных композитов и ламинатов на основе блочных полимеров и сверхтонких плёнок в промышленных условиях, без использования адгезивных материалов и при более низких температурах по сравнению с использовавшимися ранее;
совместное использование гомополимеров и их совместимых смесей, которым присуща термодинамически выгодная поверхностная сегрегация одного из компонентов смеси, позволяет более гибко контролировать разность между температурами стеклования приповерхностного слоя и в объёме полимерного материала; это представляется важным для научно-обоснованного выбора полимерного материала, сочетающего в себе требуемые эксплуатационные свойства: адгезионные и трибологические свойства поверхности и физические свойства объёма;
при помощи предложенных уравнений может быть определён модуль упругости адгезионных соединений полимер-полимер.