Гладких, Юлия Юрьевна. Деформационно-прочностные и адгезионные свойства сополимеров этилена и винилацетата

Короткий опис

Гладких, Юлия Юрьевна. Деформационно-прочностные и адгезионные свойства сополимеров этилена и винилацетата : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.04 / Гладких Юлия Юрьевна; [Место защиты: Ин-т физ. химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН].- Москва, 2012.- 156 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-2/757

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ЭЛЕКТРОХИМИИ им. А.Н. ФРУМКИНА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
На правах рукописи
04201350786 Гладких Юлия Юрьевна
ДЕФОРМАЦИОННО-ПРОЧНОСТНЫЕ И АДГЕЗИОННЫЕ СВОЙСТВА СОПОЛИМЕРОВ ЭТИЛЕНА И ВИНИЛАЦЕТАТА
Специальность 02.00.04 — физическая химия
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель: кандидат химических наук, доцент
А.А. Щербина
Научный консультант: доктор химических наук, профессор А.Е. Чалых
Москва 2012 
СОДЕРЖАНИЕ
Список принятых сокращений и обозначений ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Адгезия полимеров
1.1.1 Классификация адгезивов и переходных зон
1.1.2 Теории адгезии
1.2 Методы модификации адгезивов
1.3 Постановка задачи
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Адгезивы
2.1.1 Клеи-расплавы
2.1.2 Модельные адгезивы
2.2 Субстраты
2.3 Исследованные системы
3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Методы исследования адгезивов и субстратов
3.1.1 Деформационно-прочностные и релаксационные испытания адгезивов
3.1.2 Поверхностная энергия адгезивов и субстратов
3.1.3 Дифференциальная сканирующая калориметрия
3.1.4 Рентгеноструктурный анализ
3.1.5 Сорбция и набухание
3.1.6 Спектроскопические исследования
3.2 Методы исследования адгезионных соединений
3.2.1 Метод неравномерного отрыва
3.2.2 Структурно-морфологические исследования ГЛАВА 4. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СОПОЛИМЕРОВ ЭТИЛЕНА И ВИНИЛАЦЕТАТА
4.1 Линейные сополимеры
4.1.1 Фазовое состояние сополимеров 68
4.1.2 Энергетические характеристики поверхности 72 сополимеров
4.1.3 Физико-механические свойства сополимеров 81
4.1.4 Ползучесть сополимеров и их реологические свойства 86
4.2 Пространственно-сшитые сополимеры 92
4.2.1 Радиационно-модифицированные сополимеры 92
4.2.1.1 Фазовое состояние сополимеров после модификации 92
4.2.1.2 Деформационно-прочностные свойства облученного 102 СЭВА
4.2.1.3 Модель поведения сополимеров после радиационной 105 обработки
4.2.2 Химически сшитые системы 107
4.3 Плазмохимическая модификация сополимеров 112
ГЛАВА 5. АДГЕЗИОННЫЕ СВОЙСТВА СОПОЛИМЕРОВ 116
ЭТИЛЕНА И ВИНИЛАЦЕТАТА
5.1 Переходные зоны в адгезионных системах на основе СЭВА 116
5.2 Термокинетика установления адгезионного равновесия 121
5.3. Характер разрушения адгезионных соединений 126
5.4 Теоретическая оценка адгезионной прочности и сравнение с 128 экспериментальными данными
ВЫВОДЫ 140
Список цитируемой литературы 142

Список літератури

ВЫВОДЫ
1. В широком диапазоне температур и составов проведено деталь¬ное исследование фазовой структуры, поверхностных, релаксационных и де- формационно-прочностных свойств сополимеров этилена и винилацетата. Впервые установлен вид обобщенной зависимость поверхностной энергии СЭВА от их состава при нормальных условиях, соответствующих условиям эксплуатации адгезионных соединений, и при высоких температурах, при ко¬торых осуществляется процесс формирования адгезионных соединений. По¬казано, что экстремальное изменение поверхностной энергии сополимеров с изменением их состава связано с изменением степени кристалличности и пе¬реходом макромолекул от складчатой конформации к клубку.
2. Получены и охарактеризованы радиационно и химически сшитые сополимеры этилена и винилацетата. Изучено влияние пространственной сетки химических связей на фазовое состояние сополимеров, релаксацион¬ные и деформационно-прочностные свойства. Впервые обнаружено, что энергетические характеристики сшитых СЭВА не зависят от плотности сетки химических связей. Для описания деформационного поведения сшитых со¬полимеров предложена усовершенствованная феноменологическая модель Максвелла-Кельвина.
3. Проведено детальное исследование структуры и свойств СЭВА и ПЭТФ модифицированных плазмой ВЧ кислородного разряда. Показано, что окисление поверхности при плазменной обработке приводит к существенно¬му изменению поверхностных характеристик полимеров и не сказывается на их когезионных свойствах, в частности, на работе деформации при одноос¬ном растяжении.
4. Проведено детальное исследование структуры переходных зон в адгезионных соединениях на основе СЭВА. Впервые на примере систем ПВХ-СЭВА, ПЭ-СЭВА, ПЭТФ-СЭВА определены профили распределения концентраций в зоне сопряжения фаз. Рассчитаны коэффициенты диффузии макромолекул, определены энергии активации диффузии. Показано, что в ад¬гезионных системах с частично совместимыми компонентами (адге- зив-субстрат) переходная зона состоит из межфазной границы, по обе сторо¬ны которой формируются области взаимодиффузии, связанные с миграцией макромолекул адгезива и субстрата.
5. Методом расслаивания исследована кинетика формирования ад¬гезионных соединений в системах СЭВА - ПВХ, СЭВА - ПЭ, СЭВА - ПЭТФ, Сталь - СЭВА, Стекло - СЭВА. Методами рентгеновского микроана¬лиза, сканирующей электронной и зондовой микроскопии идентифицирован характер разрушения адгезионных соединений. Установлены корреляцион¬ные зависимости между усилиями расслаивания в начальный момент контак¬та, в состоянии адгезионного равновесия и рассчитанной величиной термо¬динамической работой адгезии. Впервые обнаружено, что при когезионном разрушении усилие расслаивания зависит от межфазного взаимодействия элементов адгезионного соединений.
6. Впервые проведено детальное исследование механизма разруше¬ния адгезионных соединений на основе СЭВА. Показано, что в этих соедине¬ниях основной вклад в усилие расслаивания вносит не адгезионная проч¬ность, а вязкость разрушения адгезива, связанная с работой деформации со¬полимеров.
Предложено использовать ранее разработанную теоретическую модель определения усилий расслаивания адгезионных соединений, осно¬ванную на обработке экспериментальной диаграммы «напряжение - дефор¬мация» образцов СЭВА. Показано, что при заданной геометрии зоны рас¬слаивания варьирование пределов суммирования позволяет оценить вклад вязкости разрушения адгезива и проследить влияние фазовой структуры и состава СЭВА на усилие расслаивания. Установлено, что для этой группы клеев-расплавов основной вклад в усилие расслаивания вносит пластическая деформация адгезива