Å.Ô. Êóäèíà, À.È. Áóðÿ, Þ.Ì. Ïëåñêà÷åâñêèé, Þ.À. ßðåìêî, Î.Þ. Êóçíåöîâà ÓÄÊ 678.675:621.892:678.046.2 Å.Ô. ÊÓÄÈÍÀ, À.È. ÁÓÐß, Þ.Ì. ÏËÅÑÊÀ×ÅÂÑÊÈÉ, Þ.À. ßÐÅÌÊÎ, Î.Þ. ÊÓÇÍÅÖÎÂÀ ÂËÈßÍÈÅ ÝÏÎÊÑÈÑÈËÈÊÀÒÀ ÊÎÁÀËÜÒÀ È ÒÅÐÌÎÐÀÑØÈÐÅÍÍÎÃÎ ÃÐÀÔÈÒÀ ÍÀ ÒÅÏËÎÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÂÎÉÑÒÂÀ ÔÅÍÈËÎÍÀ Èíñòèòóò ìåõàíèêè ìåòàëëîïîëèìåðíûõ ñèñòåì èì. Â.À. Áåëîãî ÍÀÍ Áåëàðóñè Èíñòèòóò òåïëî- è ìàññîîáìåíà èì. À.Â. Ëûêîâà ÍÀÍ Áåëàðóñè Äíåïðîïåòðîâñêèé ãîñóäàðñòâåííûé àãðàðíûé óíèâåðñèòåò Èññëåäîâàíî âëèÿíèå òåðìîðàñøèðåííîãî ãðàôèòà è ñèíòåçèðîâàííîãî ýïîêñèñèëèêàòà êîáàëüòà, à òàêæå èõ ñîâìåñòíîãî äåéñòâèÿ íà òåïëîôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ôåíèëîíà Ñ-2. Ïîêàçàíî, ÷òî äàííûå íàïîëíèòåëè ïîçâîëÿþò çíà÷èòåëüíî èçìåíÿòü òåïëîôèçè÷åñêèå ïàðàìåòðû êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî íàèáîëåå ýôôåêòèâíî ñîâìåñòíîå ïðèìåíåíèå äâóõ íàïîëíèòåëåé, ïðè êîòîðîì îòìå÷àåòñÿ âçàèìíîå àêòèâèðîâàíèå êîìïîíåíòîâ, ïîçâîëèâøåå ïîëó÷èòü ìàòåðèàëû ñ øèðîêèì äèàïàçîíîì òåïëîôèçè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê. Ââåäåíèå ðîäû. Äëÿ óëó÷øåíèÿ ýêñïëóàòàöèîííûõ õàðàêòåÄëÿ ïîëó÷åíèÿ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ ðèñòèê â äàííûé ïîëèìåð ââîäèëè ãèáðèäíûé íàñ íèçêèì êîýôôèöèåíòîì òðåíèÿ è âûñîêèìè ïðî÷- ïîëíèòåëü, à èìåííî: òåðìîðàñøèðåííûé ãðàôèò íîñòüþ è òåïëîñòîéêîñòüþ â êà÷åñòâå ñâÿçóþùåãî (ÒÐÃ) [4] è ìîäèôèöèðîâàííûé ìåòàëëîì ýïîêøèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ àðîìàòè÷åñêèå ïîëèàìèäû. ñèñèëèêàòíûé íàíîêîìïîçèò (ÝÑMe). ÒÐà áûë Ñî÷åòàíèå áîëüøîé æåñòêîñòè è òâåðäîñòè ñ âû- âûáðàí, òàê êàê îáåñïå÷èâàåò ñóùåñòâåííîå óëó÷ñîêîé óäàðíîé âÿçêîñòüþ è ñïîñîáíîñòüþ ê ïëàñ- øåíèå èçíîñîñòîéêîñòè è àíòèôðèêöèîííûõ ñâîéñòâ òè÷åñêèì äåôîðìàöèÿì, ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè [5]. Äàííûå [6] ñâèäåòåëüñòâóþò, ÷òî ýïîêñèñèïîëèìåðíûìè ìàòåðèàëàìè, ÿâëÿåòñÿ áîëüøèì ëèêàòû ïåðåõîäíûõ ìåòàëëîâ ÿâëÿþòñÿ ýôôåêòèâïðåèìóùåñòâîì ôåíèëîíà. Êðîìå ýòîãî, òåðìè÷åñ- íûìè ìîäèôèêàòîðàìè ïîëèìåðíûõ ñâÿçóþùèõ.  êèé êîýôôèöèåíò ëèíåéíîãî ðàñøèðåíèÿ ôåíèëîíà ðàáîòå [7] áûëè îïðåäåëåíû îïòèìàëüíûå ñîñòàâû â îáëàñòè ýêñïëóàòàöèè äîñòàòî÷íî ñòàáèëåí è â è êîíöåíòðàöèè íàïîëíèòåëåé íà îñíîâå ýïîêñèñè23 ðàçà íèæå, ÷åì ó äðóãèõ íåíàïîëíåííûõ ïëà- ëèêàòîâ ïåðåõîäíûõ ìåòàëëîâ è ïî êîìïëåêñó ñòìàññ [1]. Ïîýòîìó â êà÷åñòâå áàçîâîãî ïîëèìå- ñâîéñòâ âûáðàí ýïîêñèñèëèêàò êîáàëüòà (ÝÑÑî). ðà äëÿ ïîëó÷åíèÿ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ ñ Âûñîêîäèñïåðñíûå îðãàíîñèëèêàòíûå ïðîäóêòû âûñîêèìè ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèìè è òåïëîôèçè÷åñ- ïðèâëåêàþò îñîáîå âíèìàíèå, ÷òî îáóñëîâëåíî, âîêèìè ñâîéñòâàìè íàìè áûë âûáðàííûé òåðìîñòîé- ïåðâûõ, ñîäåðæàíèåì íà ïîâåðõíîñòè ãèáðèäíûõ êèé àðîìàòè÷åñêèé ïîëèàìèä ôåíèëîí C-2 (ÔÑ- ÷àñòèö ÎÍ-ãðóïï, îáëàäàþùèõ âûñîêîé àêòèâíî2) [2]. Îäíàêî ê íåäîñòàòêàì äàííîãî ïîëèìåðà ñòüþ; âî-âòîðûõ, ïðè èõ äèñïåðãèðîâàíèè íà ïîñëåäóåò îòíåñòè òîò ôàêò, ÷òî ïðè áîëüøèõ íà- âåðõíîñòè ÷àñòèö îáðàçóþòñÿ íîâûå àêòèâíûå öåíãðóçêàõ è ñêîðîñòÿõ â óñëîâèÿõ ïëîõîãî òåïëîîò- òðû, èìåþùèå ðàçëè÷íóþ ïðèðîäó è ñòàáèëüíîñòü âîäà ìîæåò ïðîèñõîäèòü ñàìîðàçîãðåâ óçëà òðå- âî âðåìåíè, à â òðåòüèõ, âñòðîåííûå â ãèáðèäíóþ íèÿ [3], è ïðè 2502600Ñ ôåíèëîí òåðÿåò ðàáî- ìàòðèöó îðãàíè÷åñêèå ôðàãìåíòû ñ ðàçëè÷íûìè òîñïîñîáíîñòü. ôóíêöèîíàëüíûìè ãðóïïàìè îáåñïå÷èâàþò óëó÷ íàñòîÿùåå âðåìÿ îäíèì èç íàèáîëåå ýô- øåíèå àäãåçèîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ íà ãðàíèöå ôåêòèâíûõ è ýêîíîìè÷åñêè ïðèåìëåìûõ ñïîñîáîâ ðàçäåëà ïîëèìåðíîå ñâÿçóþùåå íàïîëíèòåëü. ìîäèôèöèðîâàíèÿ ñâîéñòâ âûñîêîìîëåêóëÿðíûõ Êðîìå ýòîãî, ââåäåíèå â îðãàíîñèëèêàòíûå ïðîñîåäèíåíèé ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ðàçëè÷íûõ äóêòû ïðèìåñíûõ àòîìîâ èëè èîíîâ, ñïîñîáíûõ ê íàïîëíèòåëåé îðãàíè÷åñêîé è íåîðãàíè÷åñêîé ïðè- îáðàçîâàíèþ êîîðäèíàöèîííî íåíàñûùåííûõ öåí© Å.Ô. Êóäèíà, À.È. Áóðÿ, Þ.Ì. Ïëåñêà÷åâñêèé, Þ.À. ßðåìêî, Î.Þ. Êóçíåöîâà, 2008 66 ISSN 0321-4095. Âîïðîñû õèìèè è õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè, 2008, ¹6 Âëèÿíèå ýïîêñèñèëèêàòà êîáàëüòà è òåðìîðàñøèðåííîãî ãðàôèòà òðîâ, ìîæåò òàêæå ïðèâîäèòü ê óñèëåíèþ âçàèìîäåéñòâèÿ ïîëèìåðîâ ñ ïîâåðõíîñòüþ ãèáðèäíûõ ïðîäóêòîâ íà ãðàíèöå ðàçäåëà ôàç. Ðåàëèçàöèÿ ðàçëè÷íûõ ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ âçàèìîäåéñòâèé ìåæäó ñâÿçóþùèì è íàïîëíèòåëåì â ïðîöåññå ôîðìèðîâàíèÿ êîìïîçèöèîííîãî ìàòåðèàëà, óëó÷øàþùèõ ïðîöåññ ñîâìåùåíèÿ êîìïîíåíòîâ, íåñîìíåííî áóäåò îêàçûâàòü çíà÷èòåëüíîå âëèÿíèå íà òåïëîôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà íàïîëíåííûõ ïîëèìåðîâ.  ñâÿçè ñ âûøåèçëîæåííûì, ïðåäñòàâëÿëî èíòåðåñ ïðîâåñòè ìîäèôèöèðîâàíèå ôåíèëîíà èçó÷àåìûìè íàïîëíèòåëåì îòäåëüíî è êîìïëåêñíî (ãèáðèäíûì íàïîëíèòåëåì ÒÐÃ+ÝÑÑî) è èññëåäîâàòü òåïëîôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ïîëó÷åííûõ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ. Ìàòåðèàëû è ìåòîäû  êà÷åñòâå ñâÿçóþùåãî èñïîëüçîâàëè ïîëèàìèä ôåíèëîí Ñ-2 (ÔÑ) ëèíåéíûé ãåòåðîöèêëè÷åñêèé ñîïîëèìåð, ñîäåðæàùèé â îñíîâíîé öåïè àìèäíóþ ãðóïïó HNCO-, ñîåäèíåííóþ ñ äâóõ ñòîðîí ôåíèëüíûìè ôðàãìåíòàìè. Ïîëó÷åí ýìóëüñèîííîé ïîëèêîíäåíñàöèåé äèõëîðàíãèäðèäà òåðåôòàëåâîé êèñëîòû ñî ñìåñüþ n- è m-ôåíèëåíäèàìèíîâ, âçÿòûõ â ýêâèìîëÿðíûõ êîëè÷åñòâàõ.  êà÷åñòâå íàïîëíèòåëÿ èñïîëüçîâàëè ýïîêñèñèëèêàò êîáàëüòà [6,8], ïîëó÷åííûé ïðè èíòåðêàëÿöèè àòîìîâ Co â ýïîêñèñèëèêàòíóþ ìàòðèöó (ÝÑ), ïîëó÷åííóþ ìîäèôèêàöèåé ùåëî÷åñèëèêàòíîãî ðàñòâîðà ýïîêñèäèàíîâîé ñìîëîé ÝÄ-20 [9] ïðè ñîîòíîøåíèè êîìïîíåíòîâ 3SiÎ 2×Na2O/ ÝÑ=44/12 (ìàñ.%): &+5 +& 2 2 2 &+ &+5 6L 2+ 2+ +2 2 2 1D2 6L 2 6L 2 6L 2 6L 2+ 2+ 2 2+ 2 2 +& &+5 Ñîäåðæàíèå ìåòàëëà â ãèáðèäíîé ìàòðèöå ñîñòàâëÿåò 9,5 ìàñ.%. Ñòðóêòóðà ñèíòåçèðîâàííûõ ïðîäóêòîâ ïðåäñòàâëÿåò ñòðóêòóðó ãèáðèäíî-ñìåøàííîãî òèïà [6,10], ãäå íàðÿäó ñ èíòåðêàëÿöèîííûìè ýïîêñèñèëèêàòíûìè íàíîêëàñòåðàìè (ÝÑNa2Si3O7, ÝÑ Na6Si3O19) ïðèñóòñòâóþò îáëàñòè ñ äèñïåðñíûì íàïîëíåíèåì àìîðôíûõ è êðèñòàëëè÷åñêèõ ÷àñòèö (b-Na2Si2O5, SiO2) ðàçìåðîì îò 5 äî 50 íì è ìåòàëëîñèëèêàòíûõ ôðàãìåíòîâ òèïà CoSiO 3, CoSi2O5 ðàçìåðîì 1525 íì. Ñâîéñòâà èñïîëüçóåìûõ èñõîäíûõ íàïîëíèòåëåé ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 1. Òåðìîðàñøèðåííûé ãðàôèò ïîëó÷àþò èç åñòåñòâåííîãî ãðàôèòà ïóòåì îêèñëåíèÿ åãî ïåðñóëüôàòîì àììîíèÿ â ñåðíîêèñëîé ñðåäå ñ ïîñëåäóþùåé òåðìîîáðàáîòêîé â ìóôåëüíîé ïå÷è ïðè Òàáëèöà 1 Ñâîéñòâà íàïîëíèòåëåé ± òåìïåðàòóðàõ äî 1200 Ê [11]. Åãî ñòðóêòóðà îáðàçîâûâàåòñÿ â ðåçóëüòàòå ðàçäåëåíèÿ íà÷àëüíîãî êðèñòàëëà ãðàôèòà ïî êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îñè Ñ íà òîíêèå ëåíòû èç íåáîëüøîãî ÷èñëà ñèëüíî äåôîðìèðîâàííûõ ïëîñêîñòåé ñ îáðàçîâàíèåì ñêëàä÷àòîé ñòðóêòóðû, êîòîðàÿ ïðåäîñòàâëÿåò åìó óíèêàëüíûå ñâîéñòâà.  äàííîé ðàáîòå èñïîëüçîâàëñÿ òåðìîðàñøèðåííûé ãðàôèò, êîòîðûé ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âñïó÷åííûå öåïî÷êè ÷åðíîãî öâåòà ðàçìåðîì 0,210,0 ìì, íàñûïíîé âåñ îêîëî 5 êã/ì3. Ãîìîãåíèçàöèþ êîìïîçèöèé, ñîñòîÿùåé èç ôåíèëîíà Ñ-2 (7084 ìàñ.%) è ñìåñè íàïîëíèòåëåé ÒÐà è ÝÑÑî 1630 ìàñ.%, îñóùåñòâëÿëè ïî ìåòîäèêå, ðàçðàáîòàííîé â ëàáîðàòîðèè ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ ÄÄÀÓ (Äíåïðîïåòðîâñê) [12]. Íàâåñêè ôåíèëîíà è íàïîëíèòåëåé ïîìåùàëè â ìåòàëëè÷åñêóþ åìêîñòü âìåñìå ñ ôåððîìàãíèòíûìè ÷àñòèöàìè ñ ïàðàìåòðàìè l/d=45. Ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ êîìïîíåíòû ðàâíîìåðíî ñìåøèâàëèñü ñ ïîìîùüþ íåðàâíîîñíûõ ôåððîìàãíèòíûõ ÷àñòèö, êîòîðûå îòäåëÿëèñü èç ïðèãîòîâëåííîé êîìïîçèöèè ìàãíèòíîé ñåïàðàöèåé. Îáðàçöû äëÿ èññëåäîâàíèÿ ïîëó÷àëè ìåòîäîì êîìïðåññèîííîãî ïðåññîâàíèÿ ïðè òåìïåðàòóðå 588±1Ê è äàâëåíèè 40 ÌÏà. Òåðìè÷åñêèé àíàëèç îáðàçöîâ ïðîâîäèëè íà äåðèâàòîãðàôå Q-1500Ä (Âåíãðèÿ). Èñïûòàíèÿ ïðîâîäèëè â êåðàìè÷åñêèõ òèãëÿõ íà âîçäóõå â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 2981273 Ê è ñêîðîñòè íàãðåâà 10 ãðàä/ìèí.  êà÷åñòâå ýòàëîííîãî âåùåñòâà èñïîëüçîâàëè Al2O3, íàâåñêà âåùåñòâà 200 ìã. ×óâñòâèòåëüíîñòü ìåòîäîâ ÄÒà è ÄÒÀ ñîñòàâëÿëà 1/5 è 1/3 ñîîòâåòñòâåííî. Óäåëüíóþ òåïëîåìêîñòü è êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè îïðåäåëÿëè ñîãëàñíî ÃÎÑÒ 23630.1-79 è ÃÎÑÒ 23630.2-79 íà ïðèáîðàõ ÈÒ-Ñ-400 è ÈÒ-l-400. Òåìïåðàòóðîïðîâîäíîñòü ðàññ÷èòûâàëè ïî ôîðìóëå: D O & S U , ãäå: à òåìïåðàòóðîïðîâîäíîñòü (ì2/ñ); l êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè (Âò/ì·Ê); Ñð óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü (êÄæ/êã×Ê); r ïëîòíîñòü îáðàçöà (êã/ì3). Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ÷àñòü Äëÿ íàèáîëåå ïîëíîãî èññëåäîâàíèÿ êîìï- ISSN 0321-4095. Âîïðîñû õèìèè è õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè, 2008, ¹6 67 Å.Ô. Êóäèíà, À.È. Áóðÿ, Þ.Ì. Ïëåñêà÷åâñêèé, Þ.À. ßðåìêî, Î.Þ. Êóçíåöîâà ëåêñíîãî âëèÿíèÿ ãèáðèäíîãî íàïîëíèòåëÿ íà òåïëîôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ÔÑ ïåðâîíà÷àëüíî áûëî èçó÷åíî èçìåíåíèå òåðìîñòîéêîñòè, òåïëîåìêîñòè, òåïëîïðîâîäíîñòè è òåìïåðàòóðîïðîâîäíîñòè êîìïîçèöèîííîãî ìàòåðèàëà, íàïîëíåííîãî îòäåëüíî êàæäûì íàïîëíèòåëåì.  òàáë. 2 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû òåðìè÷åñêîãî àíàëèçà èñõîäíûõ êîìïîíåíòîâ è äâóõêîìïîíåíòíûõ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ. Àíàëèç äàííûõ ïîêàçûâàåò, ÷òî ìîäèôèöèðîâàíèå ôåíèëîíà èñõîäíûìè íàïîëíèòåëÿìè ïðèâîäèò ê ïîâûøåíèþ òåðìîñòîéêîñòè íà 283 323 Ê. Òàáëèöà 2 Çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà òåïëîïðîâîäíîñòè áèíàðíûõ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ ïî ñðàâíåíèþ ñ èñõîäíûì ñâÿçóþùèì ïîâûøàþòñÿ. Íàèáîëåå çíà÷èòåëüíûå èçìåíåíèÿ (íà 1051%) îòìå÷àþòñÿ ïðè ââåäåíèè ÒÐÃ. Èçó÷åíèå èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðîïðîâîäíîñòè ïîêàçàëî, ÷òî ââåäåíèå â ÔÑ â êà÷åñòâå íàïîëíèòåëÿ ÒÐà ïðèâîäèò ê ïîâûøåíèþ èñõîäíûõ çíà÷åíèé è ðàñøèðåíèþ èíòåðâàëà îò 0,45 äî 0,59·(´106, ì2/ñ) (ïî ñðàâíåíèþ ñî çíà÷åíèÿìè 0,310,43 (´106, ì2/ñ) äëÿ ÔÑ), à ââåäåíèå ÝÑÑî íàîáîðîò ñïîñîáñòâóåò íåêîòîðîìó ñíèæåíèþ âåëè÷èíû òåìïåðàòóðîïðîâîäíîñòè. Ðåçóëüòàòû òåðìè÷åñêîãî àíàëèçà èñõîäíûõ Äàëüíåéøèå èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëèñü íà êîìïîíåíòîâ è êîìïîçèòîâ òðåõêîìïîíåíòíûõ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëàõ, ïîëó÷åííûõ ìîäèôèöèðîâàíèåì ÔÑ ãèáðèäíûì íàïîëíèòåëåì. Òåðìîñòîéêîñòü. Êàê âèäíî èç äàííûõ, ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 1 è â òàáë. 4, óâåëè÷åíèå ± ñîäåðæàíèÿ ÒÐà âî âñåõ êîìïîçèöèÿõ ïðèâîäèò ê âîçðàñòàíèþ Ò0, Ò5, Ò10 è Ò20, è íàèáîëåå ýôôåê òèâíîå âîçäåéñòâèå îòìå÷àåòñÿ ïðè ïðèìåíåíèè íàïîëíèòåëÿ â êîëè÷åñòâå 15%. Ñîäåðæàíèå ÝÑÑî â ìåíüøåé ìåðå âëèÿåò íà Ïðèìå÷àíèå: * Ò0, Ò5, Ò10, Ò15, Ò20 òåìïåðàòóðû íà÷àëà èçìåíåíèå òåðìîñòîéêîñòè ìàòåðèàëà, è íàèáîëåå ïîòåðè ìàññû 5, 10, 15 è 20%, Ê Äëÿ èññëåäîâàííûõ ñîñòàâîâ ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû â öåëîì íàáëþäàåòñÿ òàêæå ëèíåéíîå ïîâûøåíèå òåïëîåìêîñòè (òàáë. 3), îáóñëîâëåííîå ïîâûøåíèåì ãèáêîñòè öåïíûõ ìàêðîìîëåêóë ñâÿçóþùåãî. Ââåäåíèå íàïîëíèòåëÿ â ÔÑ ïðèâîäèò ê ñíèæåíèþ òåïëîåìêîñòè, ÷òî ìîæíî îáúÿñíèòü âçàèìîäåéñòâèåì ìàêðîìîëåêóë ñâÿçóþùåãî ñ ïîâåðõíîñòüþ íàïîëíèòåëÿ. Ïðè÷åì ñíà÷àëà íàèáîëüøåå óìåíüøåíèå çíà÷åíèé òåïëîåìêîñòè íàáëþäàåòñÿ äëÿ ñîñòàâîâ ñ ÒÐÃ, à ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû (>373Ê) äëÿ ñîñòàâîâ ñ ÝÑÑî, ÷òî, âîçìîæíî ñâÿçàíî ñ àêòèâèçàöèåé àêòèâíûõ öåíòðîâ ýïîêñèñèëèêàòà êîáàëüòà è ïîâûøåíèåì ñòåïåíè âçàèìîäåéñòâèÿ êîìïîíåíòîâ íà ãðàíèöå ðàçäåëà ôàç. . 7 7 & & Ðèñ. 1. Âëèÿíèå ñîäåðæàíèÿ ãèáðèäíîãî íàïîëíèòåëÿ íà õàðàêòåðèñòèêè òåðìîñòîéêîñòè êîìïîçèöèè íà îñíîâå àðîìàòè÷åñêîãî ïîëèàìèäà ôåíèëîí Òàáëèöà 3 Òåïëîôèçè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè èñõîäíîãî ôåíèëîíà è äâóõêîìïîíåíòíûõ êîìïîçèòîâ 68 &  O  ± ± & O ±   ± & O ±  ISSN 0321-4095. Âîïðîñû õèìèè è õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè, 2008, ¹6 Âëèÿíèå ýïîêñèñèëèêàòà êîáàëüòà è òåðìîðàñøèðåííîãî ãðàôèòà Òàáëèöà 4 Òåðìè÷åñêèå ñâîéñòâà ôåíèëîíà è òðåõêîìïîíåíòíûõ êîìïîçèòîâ íîãî ñîäåðæàíèÿ íàïîëíèòåëåé ñêà÷åê òåïëîåìêîñòè óìåíüøàåòñÿ ê ìèíèìóìó (321 Äæ/êã·Ê), â öåëîì îñòàâàÿñü ìåíüøèì, ÷åì ñêà÷åê èñõîäíîãî ïîëèìåðà (876 Äæ/êã·Ê). Òàêîé õàðàêòåð èçìåíåíèÿ ñêà÷êà îáúÿñíÿåòñÿ êîíêóðèðóþùèì äåéñòâèåì íà åãî âåëè÷èíó äâóõ ôàêòîðîâ. Ñ îäíîé ñòîðîíû, âåëè÷èíà ñêà÷êà òåïëîåìêîñòè çàêîíîìåðíî ñíèæàåòñÿ ñ ðîñòîì êîëè÷åñòâà ââåäåííîãî â êîìïîçèöèþ íàïîëíèòåëÿ, çà ñ÷åò èñêëþ÷åíèÿ íåêîòîðîé ÷àñòè ìàêðîìîëåêóë ñâÿçóþùåãî èç ó÷àñòèÿ â êîîïåðàòèâíîì ïðîöåññå ñòåêëîâàíèÿ âñëåäñòâèå âçàèìîäåéñòâèÿ èõ ñ ïîâåðõíîñòüþ íàïîëíèòåëåé. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, óâåëè÷åíèå êîíöåíòðàöèè íàïîëíèòåëÿ ïðèâîäèò ê ðàçðûõëåíèþ êîìïîçèöèè, â ðåçóëüòàòå ÷åãî óìåíüøàåòñÿ ÷èñëî êîíòàêòîâ ìåæäó çâåíüÿìè öåïåé ìàêðîìîëåêóë, à ýòî ïðèâîäèò ê ðîñòó ïîäâèæíîñòè ïîñëåäíèõ [14]. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî íàèáîëüøàÿ ýôôåêòèâíîñòü ãèáðèäíîãî íàïîëíèòåëÿ ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè ñîîòíîøåíèè êîìïîíåíòîâ ÒÐÃ/ÝÑÑî=1/15 èëè 1/8, ÷òî âîçìîæíî ñâÿçàíî ñ àêòèâèðóþùèì äåéñòâèåì ÒÐà íà ýïîêñèñèëèêàò êîáàëüòà, ñïîñîáñòâóþùåãî ôèçèêî-õèìè÷åñêîìó âçàèìîäåéñòâèþ ìàêðîÒÐÃ1ÝÑÑî15>ÒÐÃ1ÝÑÑî8>ÒÐÃ8ÝÑÑî1> ìîëåêóë ñâÿçóþùåãî ñ íàïîëíèòåëåì.  öåëîì, ïðèìåíåíèå êîìïëåêñíîãî íàïîëíè>ÒÐÃ8ÝÑÑî15>ÒÐÃ15ÝÑÑî15>ÒÐÃ8ÝÑÑî8> òåëÿ ïðèâîäèò ê ñíèæåíèþ çíà÷åíèé òåïëîåìêîñòè >ÒÐÃ15ÝÑÑî8>ÒÐÃ15ÝÑÑî1>ÔÑ>ÒÐÃ1ÝÑÑî1. ìàòåðèàëà è åå èçìåíåíèþ ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû â äèàïàçîíå 12401360 Äæ/êã×Ê, ÷òî çíà÷èòåëüíî Êàê âèäíî èç ðèñ. 2, ïî ìåðå ðîñòà ñóììàð- íèæå, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè òîëüêî ÒÐà èëè îïòèìàëüíûì ñîäåðæàíèåì íàïîëíèòåëÿ ÿâëÿåòñÿ êîíöåíòðàöèÿ £8%. Òåïëîåìêîñòü. Ñîãëàñíî òåîðèè ñòàòèñòè÷åñêîé ôèçèêè î ðàâíîìåðíîì ðàñïðåäåëåíèè êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ïî ñòåïåíÿì ñâîáîäû, ñïðàâåäëèâîé äëÿ âñåõ âåùåñòâ, òåïëîåìêîñòü ïîëèìåðà çàâèñèò òîëüêî îò ñòåïåíåé ñâîáîäû [13].  ñòåêëîîáðàçíîì è êðèñòàëëè÷åñêîì ñîñòîÿíèÿõ íàáëþäàþòñÿ òîëüêî êîëåáàòåëüíûå ñòåïåíè ñâîáîäû, à â âûñîêîýëàñòè÷íîì è âÿçêîòåêó÷åì åùå è âðàùàòåëüíûå. Ýòèì îáóñëîâëèâàåòñÿ ðåçêîå èçìåíåíèå òåïëîåìêîñòè ïðè ïåðåõîäå èç îäíîãî ñîñòîÿíèÿ â äðóãîå, ÷òî è íàáëþäàåòñÿ äëÿ êîìïîçèöèè ÔÑÒÐÃÝÑÑî â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð îò 525 äî 575 Ê. Òàêèì îáðàçîì, ñêà÷åê òåïëîåìêîñòè ìîæíî îïðåäåëèòü êàê ïîòåíöèàëüíûé áàðüåð ðàññòåêëîâàíèÿ. Ïî ýôôåêòèâíîñòè âëèÿíèÿ ìîäèôèöèðîâàíèÿ íà óìåíüøåíèå ñêà÷êà òåïëîåìêîñòè èñïîëüçîâàííûå íàïîëíèòåëè (ðèñ. 2) ðàñïîëàãàþòñÿ â ñëåäóþùèé ðÿä (öèôðàìè óêàçàíî ìàññîâîå ñîîòíîøåíèå êîìïîíåíòîâ):  &  S '& à á Ðèñ. 2. Âëèÿíèå êîíöåíòðàöèè íàïîëíèòåëåé íà çíà÷åíèÿ ñðåäíåé òåïëîåìêîñòè (à) è ñêà÷êà òåïëîåìêîñòè (á) êîìïîçèöèè ISSN 0321-4095. Âîïðîñû õèìèè è õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè, 2008, ¹6 69 Å.Ô. Êóäèíà, À.È. Áóðÿ, Þ.Ì. Ïëåñêà÷åâñêèé, Þ.À. ßðåìêî, Î.Þ. Êóçíåöîâà Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü òåïëîïðîâîäíîñòè êîìïîçèòîâ îò ñîñòàâà è òåìïåðàòóðû ÝÑÑî. Òåïëîïðîâîäíîñòü. Ïðè îïðåäåëåíèè ïàðà- ìåòðîâ êîýôôèöèåíòà òåïëîïðîâîäíîñòè ìîæíî îöåíèòü ïðîöåññ òåïëîïåðåíîñà â ïîëèìåðíûõ ñèñòåìàõ. Îñîáåííî ýòî âàæíî ïðè èñïîëüçîâàíèè ïîëèìåðíûõ êîìïîçèòîâ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ äåòàëåé ïîäâèæíûõ ñîåäèíåíèé ìàøèí è ìåõàíèçìîâ.  ýòîì ñëó÷àå íàêîïëåíèå òåïëà â çîíå òðåíèÿ ïðèâîäèò ê áûñòðîìó âûõîäó èç ñòðîÿ äåòàëè è íàîáîðîò, ýôôåêòèâíàÿ äèññèïàöèÿ òåïëà îêàçûâàåò ñîäåéñòâèå áîëåå äîëãîâå÷íîé åå ðàáîòå. Ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïðèâîäèò ê êîëåáàíèÿì ó÷àñòêîâ ìàêðîìîëåêóë è ïîñòåïåííîé ïåðåäà÷å ýíåðãèè êàê ïî ãëàâíîé öåïè îò ñåãìåíòà ê ñåãìåíòó, òàê è îò îäíîé öåïè êî âòîðîé. Ñõåìàòè÷íî ðàñïðîñòðàíåíèå òåïëà â ïîëèìåðàõ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíî êàê ðàñïðîñòðàíåíèå óïðóãèõ êîëåáàíèé. Êðîìå ýòîãî, â ïîëèìåðàõ ìîãóò ñóùåñòâîâàòü åùå è êîíôîðìàöèîííûå ñîñòàâëÿþùèå òåïëîïåðåíîñà, ÷òî ñâÿçàíî ñ èçìåíåíèåì êîíôîðìàöèè ìàêðîìîëåêóë ïîä äåéñòâèåì òåïëà, êîòîðîå îáû÷íî íàáëþäàåòñÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ âûøå òåìïåðàòóðû ñòåêëîâàíèÿ ïîëèìåðà [13]. Àíàëèç äàííûõ, ïðèâåäåííûõ íà ðèñ. 3, ñâèäåòåëüñòâóåò, ÷òî íà òåïëîïðîâîäíîñòü, ïðåæäå âñåãî, âëèÿåò èçìåíåíèå â ñîñòàâå êîìïîçèöèè êîíöåíòðàöèè ÒÐÃ, â òî âðåìÿ êàê êîëè÷åñòâî ýïîêñèñèëèêàòà êîáàëüòà ïî÷òè íå îêàçûâàåò âëèÿíèÿ íà åå âåëè÷èíó. Îäíàêî ãèáðèäíûé íàïîëíèòåëü îêàçûâàåò êîìïëåêñíîå âîçäåéñòâèå, è â öåëîì åãî èñïîëüçîâàíèå ðàçðåøàåò âàðüèðîâàòü òåïëîïðîâîäíîñòü êîìïîçèòîâ â äîâîëüíî øèðîêîì èíòåðâàëå îò 0,234 äî 1,002 Âò/ì×Ê, â îòëè÷èå îò ïðèìåíåíèÿ òîëüêî ÒÐà (0,450,59 Âò/ì×Ê) èëè ÝÑÑî (0,310,46 Âò/ì×Ê). Õàðàêòåð èçìåíåíèÿ òåïëîïðîâîäíîñòè ðàçðàáîòàííûõ êîìïîçèòîâ â âûáðàííîì òåìïåðàòóðíîì èíòåðâàëå (175600 Ê) õîðîøî ñîãëàñîâûâàåòñÿ ñ ëèòåðàòóðíûìè äàííûìè [15]. Äëÿ èçìåíåíèÿ òåïëîïðîâîäíîñòè êîìïîçèòîâ õàðàêòåðíî íàëè÷èå èçëîìà ïðè òåìïåðàòóðàõ ñòåêëîâàíèÿ (525575 Ê). Íèæå òåìïåðàòóðû ñòåêëîâàíèÿ íàáëþäàåòñÿ íåáîëüøîé ïîëîæèòåëüíûé òåìïåðà70 òóðíûé êîýôôèöèåíò, à âûøå îòðèöàòåëüíûé. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå, ïîëó÷åííûå äëÿ ðàçðàáîòàííûõ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ è ïðèâåäåííûå íà ðèñ. 4, õàðàêòåðíû äëÿ ÷àñòè÷íî êðèñòàëëè÷åñêèõ ïîëèìåðíûõ ìàòåðèàëîâ [16]. Ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû ñïîñîáñòâóåò â öåëîì ñíèæåíèþ òåìïåðàòóðîïðîâîäíîñòè, è òîëüêî â îáëàñòè òåìïåðàòóðû ñòåêëîâàíèÿ íàáëþäàåòñÿ ñêà÷êîîáðàçíîå åå ïîâûøåíèå. Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòü ñðåäíåé òåìïåðàòóðîïðîâîäíîñòè îò ñîñòàâà êîìïîçèöèé Êàê âèäíî èç äàííûõ, ïðèâåäåííûõ íà ðèñ. 4, èçìåíåíèå êîíöåíòðàöèè ýïîêñèñèëèêàòà êîáàëüòà ïðàêòè÷åñêè íå âëèÿåò íà èçìåíåíèå âåëè÷èíû ñðåäíåé òåìïåðàòóðîïðîâîäíîñòè ìàòåðèàëà â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð îò 175 äî 600 Ê, îäíàêî óâåëè÷åíèå êîëè÷åñòâà ÒÐà â ñîñòàâå ãèáðèäíîãî íàïîëíèòåëÿ ïðèâîäèò ê ðîñòó òåìïåðàòóðîïðîâîäíîñòè â 1,62,3 ðàçà, à ïðè èíäèâèäóàëüíîì èñïîëüçîâàíèè â 1,16 ðàç. Âûâîäû Òàêèì îáðàçîì, ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ïðèìåíåíèå ÒÐà è ýïîêñèñèëèêàòà êîáàëüòà â êà÷åñòâå íàïîëíèòåëåé ôåíèëîíà Ñ-2 ïîçâîëÿåò èçìåíÿòü òåïëîôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ïîëó÷àåìûõ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî íàèáîëåå ýôôåêòèâíîå âîçäåéñòâèå îêàçûâàåò êîìïëåêñíûé íàïîëíèòåëü, âêëþ÷àþùèé ÒÐà è ÝÑÑî, ïðè îïðåäåëåííîì ñîîòíîøåíèè êîìïîíåíòîâ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ñîâìåñòíîå èñïîëüçî- ISSN 0321-4095. Âîïðîñû õèìèè è õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè, 2008, ¹6 Âëèÿíèå ýïîêñèñèëèêàòà êîáàëüòà è òåðìîðàñøèðåííîãî ãðàôèòà âàíèå íàïîëíèòåëåé ïðèâîäèò ê èõ âçàèìíîìó àê- ïðèìåíåíèå // Êîìïîçèòíûå ìàòåðèàëû. 2007. Ò.1. òèâèðîâàíèþ, ïîçâîëÿþùåìó øèðîêî âàðüèðîâàòü ¹ 1. Ñ.8-19. 7. Investigation of the properties of composites based òåïëîôèçè÷åñêèå ïàðàìåòðû ìàòåðèàëà. Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ôèíàíñîâîé ïîä- on phenilon filled with activated silica / A.I. Burya, A.S. äåðæêå Áåëîðóññêîãî (ïðîåêò ÁÐÔÔÈ Redchuk, Ye.F. Kudina, Yu.M. Pleskachevsky // Polymers ÃÔÔÈÓ-2007 ¹ Ò05-086 è ¹ 14.2/006) of special applications: V Polish Ukrainian conf. Radomè óêðàèíñêîãî (ïðîåêò ÄÔÔÄ-ÁÐÔÔÄ- Swieta Katarzyna, Poland, 2008. Ð.28. 8. Êóäèíà Å.Ô. Ïîëó÷åíèå ýïîêñèìèíåðàëüíûõ äèñ2007 ¹ 14.2/006) ôîíäîâ ôóíäàìåíòàëüïåðñíûõ êîìïîçèòîâ // Êîìïîçèöèîííûå ìàòåðèàëû â ïðîíûõ èññëåäîâàíèé. ìûøëåííîñòè: Ìàòåð. 26-îé ìåæä. êîíô. (Ñëàâïîëèêîì). ßëòà, Êðûì, 2006. Ñ.315-318. 9. Ìîäèôèöèðîâàíèå ñèëèêàòïîëèìåðíîãî ñâÿçóþùåÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ ãî âîçäåéñòâèåì ÑÂ×-èçëó÷åíèÿ / Å.Ô. Êóäèíà, Â.Â. Ëè1. Ðàçðàáîòêà îðãàíîïëàñòèêîâ íà îñíîâå àðîìàòè- ñîâñêèé, Ñ.È. Òþðèíà, Í.Â. Âåãåðî // Äîêë. ÀÍ Áåëàðó÷åñêîãî ïîëèàìèäà ôåíèëîí / À.È. Áóðÿ, Í.Ò. Àðëàìîâà, ñè. 1998. Ò.42. ¹ 5. Ñ.115-119. 10. Êóäèíà Å.Ô., Ïëåñêà÷åâñêèé Þ.Ì., Áóðÿ À.È. Ð.À. Ìàêàðîâà, Ï.À. ×óêàëîâñêèé // Ìàòåðèàëû. Òåõíîëîãèè. Èíñòðóìåíòû. 2006. Ò.11. ¹ 2. Ñ.79- Ðàçðàáîòêà âûñîêîäèñïåðñíûõ îðãàíî-êðåìíåçåìíûõ íàíîêîìïîçèòîâ // Ìàòåðèàëû, òåõíîëîãèè, èíñòðóìåíòû. 84. 2. Ñïðàâî÷íèê ïî ïëàñòè÷åñêèì ìàññàì. Ò.2 // Ðåä. 2008. Ò.13. ¹ 1. Ñ.40-44. 11. Êóðíåâè÷ Ã.È., Þð÷èêîâ Â.Ñ., Âå÷åð À.À. ÎñîÂ.Ì. Êàòàåâà, Â.À. Ïîïîâà, Á.È. Ñàæèíà. Ì.: Õèìèÿ, áåííîñòè ôîðìèðîâàíèÿ óïëîòíèòåëüíîãî ìàòåðèàëà èç òåð1975. 568 ñ. 3. Êóðêèí À.Í. Èññëåäîâàíèå âëèÿíèÿ òåõíîëîãèè ìè÷åñêè ðàñùåïëåííîãî ãðàôèòà // Íåîðãàíè÷åñêèå ìàòåïîëó÷åíèÿ íà ñâîéñòâà òåðìîðàñøèðåííîãî ãðàôèòà è èçäå- ðèàëû. 1995. Ò.31. Ñ.457-461. 12. Áóðÿ À.È., Ôîìè÷åâ È.À., Ñàìàðèí È.À. Ïåðåëèé èç íåãî // Õèìèÿ è õèìè÷åñêàÿ òåõíîëîãèÿ. 2001. ðàáîòêà è èññëåäîâàíèå ñâîéñòâ ôåíèëîíà, àðìèðîâàííîãî Ò.44. Âûï.5. Ñ.174-175. 4. Êîðøàê Â.Â. Õèìè÷åñêîå ñòðîåíèå è òåìïåðàòóð- ïîëèèìèäíûìè âîëîêíàìè // Âîïð. õèìèè è õèì. òåõíîëîíûå õàðàêòåðèñòèêè ïîëèìåðîâ. Ì.: Íàóêà, 1970. ãèè. 1978. Âûï.52. Ñ.101-104. 13. Òàãåð À.À. Ôèçèêî-õèìèÿ ïîëèìåðîâ. Ì.: 306 ñ. 5. Áóðÿ À.È., Äóäèí Â.Þ., Áóðÿ À.À. Ñâîéñòâà Õèìèÿ, 1968. 536 ñ. 14. Ëèïàòîâ Þ.Ñ. Ôèçè÷åñêàÿ õèìèÿ íàïîëíåííûõ ãðàôèòîïëàñòîâ íà îñíîâå ïîëèàìèäà ôåíèëîí, íàïîëíåííîãî òåðìè÷åñêè ðàñùåïëåííûì ãðàôèòîì // Ïîëèìåðû ñïå- ïîëèìåðîâ. Ì.: Õèìèÿ, 1977. 304 ñ. 15. Ãîäîâñêèé Þ.Ê. Òåïëîôèçè÷åñêèå ìåòîäû èññëåöèàëüíîãî íàçíà÷åíèÿ: Òåç. äîêë. ²² Óêðàèíñêî-Ïîëüñêîé äîâàíèÿ ïîëèìåðîâ. Ì.: Õèìèÿ, 1976. 216 ñ. íàó÷í. êîíô. Äíåïðîïåòðîâñê, 2002. Ñ.74-75. 16. Ôðåíêåëü Ñ.ß. Ïîëèìåðû. / Ôèçè÷åñêèé ýíöèê6. Êóäèíà Ý.Ô., Ïëåñêà÷åâñêèé Þ.Ì., Áóðÿ À.È. Äèñïåðñíûå îðãàíî-íåîðãàíè÷åñêèå íàíîêîìïîçèòû, ïîëó- ëîïåäè÷åñêèé ñëîâàðü. ².÷. Ì.: ÁÑÝ, 1965. Ñ.93-101. ÷àåìûå èç ðàñòâîðîâ ñèëèêàòà íàòðèÿ: ñèíòåç, ñâîéñòâà, Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 11.09.2008 ISSN 0321-4095. Âîïðîñû õèìèè è õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè, 2008, ¹6 71