Polimēru nanokompozītmateriālu termofizikālo un mehānisko īpašību eksperimentālā izpēte un modelēšana

Abstract

Promocijas darbā ir apkopoti mehānisko un termofizikālo īpašību kompleksa pētījuma rezultāti epoksīda bāzes nanokompozītmateriāliem. Tie ir izklāstīti zinātnisku rakstu kopas veidā. Polimēri un kompozīti parasti ir pakļauti ārējo faktoru (temperatūra, mitrums, mehāniskās slodze utt.) ietekmei, kas izraisa laikā atkarīgo struktūras un īpašību maiņu, fizikālo un ķīmisko pārvērtību dēļ. Tādējādi, prognozējot kompozītmateriālu mehāniskās un termofizikālās īpašības, ir jāņem vērā pētījumu rezultāti par polimēra sveķu struktūras un īpašību atkarību no laika, ārējo faktoru iedarbībā. Darba mērķis ir noteikt mitruma absorbcijas īpatnības un novērtēt absorbētā mitruma ietekmi uz mehāniskajām un termofizikālajām īpašībām epoksīda bāzes nanokompozītmateriāliem. Šajā nolūkā vispirms eksperimentāli ir pētīta epoksīda saistvielu un to bāzes kompozītu mitruma absorbcijas kinētika plašā mitruma intervālā. Mitruma absorbcijas kinētikas raksturošanai ir veikta zināmo sorbcijas modeļu salīdzinošā analīze un analizētas to atbilstības īpatnības. Piedāvāts modelis, kas ņem vērā starpfāzes ietekmi, pamatojoties uz rezultātiem, kas iegūti nanokompozīta līdzsvara mitruma daudzumam. Pieņemts, ka šī slāņa blīvums ir zemāks nekā polimēra blīvums sakarā ar polimēra ķēžu savstarpējas sasaistes atšķirību. Pierādīts, ka pildvielas daudzuma un, sekojoši, starpfāzes palielināšanās nosaka lielāku mitruma absorbciju kompozītmateriālos. Epoksīdsveķu relatīvi augstā mitruma absorbcija izraisa to struktūras un īpašību izmaiņas laikā, kas noved pie kompozītu elastības īpašību pasliktināšanās. Kompozītmateriālu elastības raksturlielumi ir eksperimentāli pētīti un aprakstīti, izmantojot mikromehāniskos modeļus. Pierādīts, ka kompozītmateriālos polimēru sveķu elastības modulis ir atkarīgs no pildvielas satura un samazinās, pieaugot mitruma daudzumam. Ir sniegta pildvielas daļiņu morfoloģisko īpatnību (slāņveida struktūra un starpfāzes veidošanās) ievērošana kompozītmateriālā, un to ietekme uz kompozīta elastības raksturlielumiem. Epoksīda sveķu un epoksīda sveķu-māla nanokompozīta viskoelastīgā uzvedība ir analizēta pēc ilgtermiņa mitruma ietekmes. Termomehāniskās analīzes pielietošana ļauj noteikt pamata likumsakarības nanokompozīta stiklošanās temperatūrai ar dažādu pildvielas saturu un pie dažādiem mitruma daudzumiem. Eksperimentāli iegūtās nanokompozīta šļūdes un atslodzes līkņu saimes pie dažādām pildvielas un mitruma satura vērtībām ir aproksimētas, izmantojot Bolcmaņa-Volterra lineāro integrālo vienādojumu, ņemot vērā mitruma-laika analoģijas principu. Pierādīts, ka mitruma-laika redukcijas funkcija korelē ar nanokompozīta paraugu tecēšanas robežu un tilpuma izmaiņām atkarībā no mitruma, kas norāda uz nanokompozītmateriālu deformācijas viskoelastīgo raksturu, ko apstiprina termomehāniskās analīzes rezultāti. Promocijas darba galvenie rezultāti ir publicēti 6 zinātniskajos rakstos [P] un 3 konferences krājumos [C], kā arī ir apspriesti 12 ziņojumos starptautiskajās konferencēs (konferenču tēzes nav iekļautas promocijas darbā). Pētījumi ir veikti Latvijas Universitātes Polimēru mehānikas institūtā 2003.-2010. gadu periodā.