РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ
СТРУКТУРЫ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОД
ВОЗДЕЙСТВИЕМ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, ИНФРАКРАСНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИХ ВИБРАЦИЙ
Кропотов А.А., Ким Де Чан (БрГТУ, г. Братск, РФ)
X-ray graphic investigations of composition material are witnessed, that influence of magnetic fields of infra-red radiation and mechanical vibration are leaded to origin the orientation of macromolecules and regulation of structure of composition materials.
Известно, что воздействия магнитного поля, инфракрасного излучения (ИК-излучения) и механических вибраций на полимер, находящийся в вязкотекучем состоянии в процессе полимеризации, приводят к изменению ряда физико-механических свойств материала. Прежде всего это отражается на изменении структуры полимеров.
Работами Гуля В.Е., Акушина Н.С. и других исследователей было установлено, что в результате воздействия однородного постоянного магнитного поля на полимеры, находящиеся в вязкотекучем состоянии, изменяются диэлектрические и механические свойства, а также возникает анизотропия магнитной восприимчивости.
Воздействия магнитных полей на полимерные материалы различных классов приводят к повышению предела прочности на 30-50 %, микротвердости на 60-70 % по сравнению с исходными материалами, не подвергнутыми воздействию магнитного поля.
В этой связи с помощью рентгенографических методов были изучены структурные изменения следующих образцов композиционных материалов:
№ 1 а - фенолформальдегидная смола с добавкой 30 % лигнина, эпоксидной смолы и древесной муки;
№ 1 - имеет тот же состав, что и образец № I а, но синтезирован под воздействием однородного магнитного поля напряженностью Н = 2,4 · 105 А/м и ИК-излучения;
№ 2 - эпоксидная смола, лигнин (65%), полиэтиленполимиан, синтезирован под воздействием однородного магнитного поля напряженностью Н = 2,4 · 105 А/м и ИК-излучения;
№ 3 - имеет тот же состав, что и образец № 2, но синтезирован без воздействия магнитного поля;
№ 4 - полимеризованная эпоксидная смола;
№ 5 - чистый лигнин с виде порошка;
№ 6 - 5 г гидролизного лигнина и 2 мл уротропина, спрессован в виде таблетки (время прессовки 15 мин.)
№ 7 - гидролизный лигнин и уротропин спрессованы в виброполе частотой ν = 8 Гц, время воздействия вибрации 15 мин;
№ 8 - гидролизный лигнин и уротропин спрессованы в виброполе частотой ν = 15 Гц, время воздействия вибрации 15 мин;
№ 9 - гидролизный лигнин и уротропин спрессованы в виброполе частотой ν = 20 Гц, время воздействия вибрации 10 мин;
№ 10 - лигнин, спрессованный в виде таблетки;
№ 11 - уротропин, запрессованный в специальную кювету;
полимеризация образцов № 1 и № 2 осуществлялась при режиме: подъем температуры в течение 2-х часов до 90˚ С, выдержка при 180˚ С в течение 0,5 ч и охлаждение.
Для изучения структурных изменений композиционных материалов была разработана рентгенометрическая методика с использованием малоуглового дифрактометра. Малоугловой дифрактометр создан на базе рентгеновского дифрактометра общего назначения ДРОН - 1,5. С целью получения хорошо разрешаемых информативных рефлексов от полимерных материалов в области малых углов дифракции и снижения фона на рентгенограммах, прибор оснащен монохроматором (монокристалл кремния, отражение 111) и коллиматорами на первичном и дифрагированном лучах. В качестве источника рентгеновского излучения использована рентгеновская трубка ВСВ-9 с линейной проекцией фокуса. Съемка рентгенограмм осуществлялась при скорости вращения счетчика υ = 2 град/мин в интервале углов дифракции 0,5 - 30˚.
Рисунок 1- Дифрактограммы образцов №№ 1-5
На рис. 1 представлены рентгеновские дифрактограммы образцов № 1, № 1 а, № 2, № 3. Для сравнения с дифрактограммами используемых образцов были также сняты дифрактограммы исходных материалов: полимеризованной эпоксидной смолы (образец № 4) и спрессованный в специальной кювете лигнин (образец № 5). Из рис. 1 видно, что в области малых углов дифракции 2 - 8˚ на дифрактограмме образцов № 1, № 3 наблюдается минимум, а на дифрактограмме образцов № 1 а, № 2 в области углов 1,5 - 3˚ небольшое искривление - максимум. Очевидно, появление максимума объясняется возникновением упорядоченной структуры в образцах № 1 а и № 2. Упорядоченная структура возникает в результате того, что магнитное поле создает преимущественную ориентацию молекул полимера вдоль поля.
Рисунок 2- Дифрактограммы образцов №№ 6-11
Как известно, к упорядочению структуры композиционных материалов приводит не только магнитное поле и ИК-излучение, но и механические вибрации, одностороннее давление. На рис. 2 представлены рентгеновские дифрактограммы образцов, подвергнутых механическим вибрациям различной частоты. Из рисунка видно, что в области углов дифракции 5 - 6˚ для этих образцов (№6 - 9) появляется резкий максимум. В то же время на дифрактограммах исходных компонентов спрессованного лигнина (образец № 10) и уротропина (образец № 11) появление максимума не наблюдается. Очевидно, наличие максимума при углах 5 - 6 ˚ можно объяснить частичным упорядочением структуры. Исследования показали, что упорядоченная структура наблюдается только вдоль оси действия механических напряжений, а в перпендикулярном направлении упорядочение структуры отсутствует.
Из полученных результатов следует, что воздействие магнитных полей, ИК-излучений, механических вибраций, одностороннего давления приводит к возникновению ориентации макромолекул и упорядочению структуры композиционных материалов. Таким образом, перечисленные физико-механические воздействия могут применяться для создания композиционных материалов на основе полимеров с улучшенными механическими свойствами.