Влияние радиационного облучения на изменения надмолекулярной структуры чистого и наполненного политетрафторэтилена

Технические науки

УДК 541.64:539.2

ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ИЗМЕНЕНИЯ НАДМОЛЕКУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ ЧИСТОГО И НАПОЛНЕННОГО

ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА

И.В. Ревина

Исследовано влияние структурной организации политетрафторэтилена на характер изменения надмолекулярной структуры при у-облучении. Показана специфика процессов, происходящих при облучении чистого и наполненного политетрафторэтилена.

риалы, выбранные для у-облучения, имеют различные параметры надмолекулярной структуру матрицы -ПТФЭ.

Характер происходящих в полимерах радиационно-химических процессов и вызываемых структурных изменениях при радиационном облучении зависят от гетерогенности полимерных систем, что обусловлено изменением молекулярной подвижности. В настоящей работе исследованы изменения надмолекулярной структуры при у-облучении для чистого политетрафторэтилена (ПТФЭ) и наполненного (полимерного композиционного материала (ПКМ) на его основе), поскольку ПТФЭ аморфно-кристаллический полимер, относящийся к гетерогенными системам, а с введением наполнителя их гетерогенность возрастает.

В качестве объекта исследования использовали ПТФЭ марки ПН (ГОСТ 10007-72) и ПКМ Ф4С15 (ТУ6-05-1412-76), содержащий 15% стекловолокна. Для модифицирования материалов использовалось у-облучение, которое осуществлялась на установке "Исследователь" (источник излучения - °СО) в интервале доз облучения до 3x105 Гр.

Изучение структуры исследуемых материалов проводили рентгено-структурным и электронно-микроскопическим методом. Рентгенографические исследования в больших углах проводили на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3, используя отфильтрованное Си-излучение (Ка). Рентгеновскую относительную степень кристалличности определяли по методу, предложенному Метьюзом и Пейзом [1]. Параметры кристаллической ячейки и межслоевое расстояние определяли по положению центра тяжести соответствующих фаз. Электронно-микроскопические исследования проводились с помощью растрового микроскопа ВБ-350 (ТЕБЬА). Подготовку образцов осуществляли методом низкотемпературного скола и вакуумным напылением бесструктурной пленки золота.

Электронно-микроскопические исследования показали различие структуры чистого ПТФЭ и наполненного Ф4С15. Для чистого ПТФЭ наблюдается ламелярная структура (рис. 1), что согласуется с данными [2]. При введении 15 % стекловолокна (Ф4С15) происходит сильное разрыхление структуры матрицы ПТФЭ, что обусловлено [3] уменьшением кинетической гибкости макромолекул ПТФЭ и изменением конформации цепей при наполнении, т.е. эффект "твердой поверхности" проявляется в наиболее сильной степени. Кроме того, для Ф4С15 наблюдается агрегация наполнителя и образование цепочной структуры из стекловолокон.

Результаты рентгеноструктурных исследований материалов в исходном состоянии, представленные в таблице 1, показывают, что введение наполнителя сопровождается повышением степени кристалличности. Данный факт обусловлен тем, что с введением наполнителя процесс кристаллизации начинается на более ранней стадии [4]. Параметры ячейки при наполнении изменяются незначительно, в то время как межслоевое расстояние существенно изменяется.

Таким образом, рентгеноструктурные и электронно-микроскопические исследования показали, что мате-

Таблица 1. Параметры структурной

Параметры Материал Степень кристалличности г.% Параметры ячейки а = в, А Межслоевое расстояние Сам. А

ПТФЭ 38,5 5,76 16,83

Ф4С15 42,7 5.71 17,98

На рис.1 представлены результаты изменения степени кристалличности чистого ПТФЭ и полимерной матрицы ПКМ Ф4С15 при облучении. Характер изменения степени кристалличности для чистого ПТФЭ и полимерной матрицы Ф4С15 имеет одинаковую тенденцию к повышению с увеличением поглощенной дозы облучения. Однако градиент изменения степени кристалличности разный для двух исследуемых материалов. Наибольший градиент степени кристалличности наблюдается у Ф4С15, а минимальный у чистого ПТФЭ. По-видимому, такой характер полученных зависимостей изменения степени кристалличности от дозы поглощенного у-облучения связан с исходной структурной организацией (табл.1) материалов. Поскольку известно, что при радиационной обработке деструкции в первую очередь подвергаются наиболее напряженные связи [5], то для Ф4С15 они, в основном, располагаются вблизи поверхности наполнителя, образуя рыхлые граничные слои. Их деструкция и эффект "подстраивания" друг к другу более коротких и подвижных фрагментов макромолекул способствуют образованию "новых" кристаллитов [6]. Кроме того, при у-облучении происходит радиационный разогрев наполнителя [7], а возрастание температуры при облучении приводит к ускоренному росту кристалличности вследствие возрастания подвижности [3]. Таким образом, предпочтительная деструкция в граничных с наполнителем слоях, локальный разогрев - все это, очевидно, способствует тому, что при облучении небольшими дозами Ф4С15 появляется дополнительный фактор, вызывающий возрастание степени кристалличности - упорядочение граничных слоев, в то время как для чистого ПТФЭ увеличение степени кристалличности возможно преимущественно за счет упорядочения аморфных областей и дефектных областей кристаллической фазы. Для Ф4С15 увеличение степени кристалличности, очевидно, сопровождается как упорядочением граничных слоев, так и аморфных областей и дефектных областей кристаллической фазы. Следствием этих процессов и является различие полученных зависимостей степени кристалличности от дозы у-облучения для Ф4С15 и чистого ПТФЭ при облучении одинаковыми дозами. Возможность предпочтительной упорядоченности в граничных слоях наполненного полиэтилена при облучении была показана в работе [8] путем измерения плотности.

Технические науки

80

?0 60

Я &

30 -

О /¿?*/О3 /0*

Рис.1. Зависимость степени кристалличности от дозы облучения для:

1 - чистого ПТФЭ, 2 - Ф4С15.

Кроме того, анализ рентгенограмм показал следующее:

-межслоевое расстояние СВм при облучении ПТФЭ и Ф4С15 имеет схожую тенденцию к уменьшению. Однако для Ф4С15 уменьшение С8М составляет »7-7,5%, а для ПТФЭ =5,5-6%;

-параметры ячейки а = в кристаллической фазы чистого ПТФЭ и матрицы ПТФЭ в Ф4С15 при у-облучении во всем интервале доз не изменяются и имеют постоянное значение в пределах погрешности измерения.

Полученные результаты исследования влияния облучения на надмолекулярную структуру чистого ПТФЭ и ПКМ на его основе Ф4С15 показали, что в исследуемом интервале доз облучения до 3x105 Гр происходит изменение надмолекулярной структуры, сопровождаемое увеличением степени кристалличности и уменьшением

межслоевого расстояния. Глубина изменений определяется исходной надмолекулярной структурой ПТФЭ. Для наполненного ПТФЭ изменения надмолекулярной структуры в первую очередь затрагивают граничные слои как наименее упорядоченные области.

Литература

1. Мартынов М.А., Вылегжанина К.А. Рентгенография полимеров. - Л.: Химия, 1972 - 94 с.

2. Истомин Н.П., Семенов А.И. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фтор-полимеров. - М. : Наука, 1981. -148 с.

3. Фабуляк Ф.Г. Молекулярная подвижность в поверхностных слоях полимеров. - Киев: Наукова дунка,

1983. -144 с.

4. Соломко В.П. Наполненные кристаллизующиеся полимеры. - Киев : Наукова думка, 1980. - 254 с.

5. Барбашев Е.А. К теории радиационного изменения напряжений в полимерах II Физико - химическая механика материалов. -1980. - N 4. - с.92 - 97.

6. Брискман Б.А., Роговая В. Н., Дударев В.Я. и др. Исследование кристалличности методами РСА и ДСК // Высокомолекулярные соединения. - 1989. - Сер.А, Т.31, N 7. - с. 539 - 543.

7. Махлис Ф.А. Радиационная физика и химия полимеров. - М.: Атомиздат, 1972,- 326 с

8. Баринов В.Ю., Гордиенко В.П. Влияние облучения на плотность граничных слоев и деформационных характеристик наполненного полиэтилена II Композиционные полимерные материалы. - Киев: Наукова думка. -

1984. -Вып. 22. -с.61 -63.

25.02.99 г.

РЕВИНА Ирина Вячеславовна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Металловедение и технология конструкционных материалов» Омского государственного технического университета.

УДК 658.52:621.09

ОЦЕНКА ТРЕБОВАНИЙ К ДИНАМИКЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

A.B. Федотов

Рассмотрены требования к динамике измерительного устройства системы автоматического управления. Предлагаются оценки динамической характеристики устройства с учетом особенностей выполняемых им функций.

При проектировании средств автоматизации необходимо обеспечить требуемое качество переходных про-

V3

цессов и точность автоматической системы. Рассмотрим этот вопрос с точки зрения определения требований к измерительному устройству, обеспечивающему обратную связь в системе и ее замыкание по управляемому параметру, поскольку в действующих стандартах законодательной метрологии нормирование динамических характеристик средств измерений рассматривается только с самых общих позиций [1,2].

Автоматическую систему можно представить функциональной схемой на рис.1, где УУ - устройство управления, Об - объект управления, ИУ - измерительное устройство. В системе выделим следующие основные сигналы и воздействия: \/з(0 - задающее воздействие, определяющее заданное значение управляемого параметра, у(0 - управляемый параметр, х(0 - ошибка, и(0 -управляющее воздействие, Уиф - измерительный сигнал.

«2>

X© ( УУ и© , Об У СО .

Ve

Рис. 1

ИУ

Опишем динамические свойства исследуемой системы, используя методы теории управления. В результате получим структуру системы, показанную на рис. 2, где \Л/о(р) - передаточная функция объекта управления, \Л/у(р) - передато <ая функция устройства управления, \Л/и(р) - передаточная функция измерительного устройства.

уз(0

Х(0

WH

VH

Wy

u

Wo

y

Рис. 2

Пусть устройство управления и объект управления

определены и их описания известны

tvc(p) = jvy(pw0(p),