автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Теплофизические свойства композиционных материалов на основе ПТФЭ



£

»

ш

На правах рукописи

ВОЛКОВА ВЕРА КОНСТАНТИНОВНА

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОЙЕ ПТФЭ

Специальность 05.02.01 - Материаловедение ( промышленность ).

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических на\к

ОМСК-1П7

Диссертационная работа выполнена на кафедре физики Омского государственного технического университета. - >

Научный руководитель - Вал.Н.Суриков, к.ф.-ы.н., доцент кафедры физики ОмГТУ

Официальные опноненгы - П.Д.Алексеев, д.ф.-м.н., профессор,

декан РТФ ОмГТУ, В.В.Иссерс, К.Х.Н., старшин научный сотрудник Ом ГУ

Ведущая организации - Институт сенсорной микроэлектроники СО РАН

Защига состоится " ИЮЛЯ__199'/ г.

в 15 часов на заседании диссертационного совсга К 063.23.05 в Омском государственном техническом университете по ааресу:

644050, г. 0мск-50, пр. Мира, )1.

С диссертацией можно ознакомиться в блблшиеке Омскою государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, сверенные 1ербовой печатью организации, просим направлять в адрес днссертацношкио совета.

Аитооеферат разослан ' 30" исал______1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.ф.-м. н., доц.Вад. И. Суриков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.Интерес к композиционным материалам обусловлен широким использованием их свойств в различных областях техники и новизной материаловедческих задач, связанных с исследованием наполненных полимерных систем. Целенаправленный поиск в создании новых материалов связан с изучением закономерностей формирования их свойств, что является одной из фундаментальных задач материаловедения.

К обширному классу композиционных материалов относятся и рассматриваемые в данной работе объекты. Подобные наполненные полимеры используются в авиастроении, космической технике, химическом, нефтяной и газовой промышленности при создании сухих пар трения, термокомпенсаторов, уплотнении, несущих конструкции и пр.

Значительное внимание в . материаловедении уделяется исследованию теплофнзических свойств композитов,- в частности, теплоемкости й линейному расширению. Необходимо отметить, что в первую очередь речь идет об экспериментальных исследованиях, поскольку современные модельные представления в данной области могут дать лишь качественные опенки свойств создаваемых материалов. В отношении композиционных систем теоретические их исследования фрагментарны и развитие их требуют накопления значительной базы экспериментальных данных..

Всё вышесказанное в полной мере относится и к композиционным материалам, матрицей в которых является политетрафторэтилен. Существенно, что не для всех композитов этой серии выполняется правило Неймана-КаПпа (т.е. теплоемкость композита не всегда может быть получена аддитивным сложением теплсемкостен компонентов). В значительной степени их свойства определяется наличием межфазного слоя, возникающего при формировании материала на границе раздела системы "матрица - наполнитель". Однако такой с юн образуется не всегда. Очевидно, чт'о в данном вопросе необходимо детальное исследование.

Представленные в работе результаты были Получены в ходе выполнения госбюджетных тем в соответствии с единым нарядом-заказом Государственного комитета РФ по высшему образованию в 1991- 1995 г г.

Цель работы. (Основные вопросы диссертационной работы были связаны с изучением:

- влияния содержания наполнителей на теплоемкость и линейное расширение композиционных материалов в широком интервале температур (от 4,2 до 310 К );

- условии обра ¡ования межфазиого слоя в некоторых композитах и определения гешюфизнческнх характеристик этого слоя;

возможности определения фононного спектра по экспериментальным данным теплоемкости материалов, а также с применением произведенных расчетов для прогнозирования теплофизических свойств создаваемых материалов.

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования были выбраны композиционные материалы на основе политетрафторэтилена (11ТФЭ) с наполнителями: углеродное волокно (УВ) и бронза : а также промышленные технические материалы КВНЗ, Криол^н-2 и Криолоп-3.

Теплоемкость образцов измерялась с помощью адиабатического вакуумного калориметра, линейный коэффициент теплового расширения был получен на емкостном дилатометре.

Научная ноншиа Впервые исследованы теплоемкость и линейное расширение композиционных материалов модельных образцов серии ПТФЭ - УВ, 11'ГФЭ - бронза, промышленных материалов КВН - 3, К-2, К-3. Установлена корреляция их теплофпзических свойств.

Установлено, что I) композитах серии ПТФЭ - УВ возникает межфазнын слои на границе раздела матрицы и частиц наполнителя. Предложен новый метод определения теплоемкости этого новообразования , который позволил рассчитать и широком диапазоне температур С,,. Наряду с этим показано, что в системе ПТФЭ - бронза межфазнын ело Л пе обра зуется.

В диссертационной работе представлена новейшая методика восстановления на ПЭВМ фононных спектров для матрицы, наполнителей и композиции на их основе. По этой методике рассчитаны теплоемкости композиционных материалов из аддитивно сложенных в соответственных пропорциях фононных спектров матрицы и наполнителя.

Практическая значимость. Полученные в ходе выполнения работы экспериментальные результаты представляют интерес с точки зрения

их использования для определения физико-технических характеристик полимеров, применяемых п промышленных конструкциях. Предложенные методы обработки экспериментальных результатов могут быть использованы для анализа результатов , полученных в ходе изучения полимерных материалов. Применение вычислительной методики, разработанной для ПЭВМ, по прогнозированию теплофизическлх свойств создаваемых материалов поможет существенно сократить материальные затраты на проведение необходимых измерений.

Результаты работы найдут применение в создании теоретических моделей для композиционных материалов.

Полученные результаты по теплофизическнм характеристикам композиционных материалов и методам их анализа переданы АО "Сибкриотехника", что подтверждено соответствующей справкой.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментального исследования теплоемкости серии модельных образцов систем ПТФЭ - УВ. ПТФЭ - бронза, а также промышленных материалов КВН - 3, К - 2, К - 3 в интервале температур от 4,2 до 310 К; результаты исследования линейного коэффициента температурного расширения указанных композитов в интервале температур от 80 до 260 К;

- установленный факт образования межфазного слоя в процессе формирования композитов на базе ПТФЭ' с наполнителем из углеродного волокна. Теплоемкость этого слоя превышает как теплоемкость матрицы, так и наполнителя во всем исследованном интервале температур;

- метод определения теплоемкости межфазного слоя в композитах по изменению энтропии фазового перехода кристаллической фазы ПТФЭ, а также определения предельной доли наполнителя ( для композитов изученных серий ПТФЭ-УВ и ПТФЭ-Б соответствующие предельные концентрации наполнителей составили 52 и 91 % объема);

• вывод о наличии в фононных спектрах изученных соединений трех максимумов . которые соответствуют продольным, сегментальным и поперечным колебаниям в макромолекулах. Отмечена закономерность в изменении граничных, частот колебаний и максимальных значений плотности состоянии п зависимости ог доли содержания наполнителя в композиционном материале;

- а и орт м и ¡мкч ¡м\1.м.' расчеы фоношки о спек фа твердого тела но данным icii.'iiU'Muttcni a laiwice определения теплоемкости комполка и широком iiiiiepiia.ie температур по uu фононному спектру пли фопоншнм спектрам м.нрпиы н илполншсля.

Апробация__p.ióc.M . Материалы днссерпишоинои работы

доклады»:! '11<.ь п об«.;..еда uici на Ikvpoeciiück'oii конференции "Химия твердою ii-Jia и новые материалы" ( i". Нкатершкпрг. 1996).

Публикации. !l.i :.iaicpua i;im днссеркщии опубликован» 5 работ.

!j-'iii-i^! J>]i!:e[!íi!i!ÍUL .bicecpiанионная работа состоит пз введения, трех i.'ian. ¡л'слючлшя, списка цитируемой литературы И ирилолеппн. l'aóoia п'лер-.лп IOS cipauuu основного icKcia. включая 26 piuMii.oii ii 10 íaó.'iuu: liuit-Or: лнюратуры ( 147 наименований ) на 15 crp.iuumx: 4 приложения на IM ар.шнцач. Неего 141 страница.

a, u.i'vuAiini: РАБОТЫ

Üi>.Jüíbíeíü!!! oó.uHoi.aiia актуальность проблем!,i . стнлнная с изучением лен к'фтн'кекпх свойав ко iuo шц.'ынных материалов, сформулированы цель рабома и задачи исследований. показана нови-(а п о i мечена арлмнческая значимое! i. порученных результата.

ÍJejíiSilS—!üiüüi посвящена обзору литературы но теме диссертационной рабозы и ana пну проведенных ранее исследований тенлофншческнч шойсти . харакюрнстнк линейною расширения н фононныч снекчрои частично крнпаллическич полимеров н композиционных м.иерналов па нч основе. И ней рассматривается влияние наполни leaeii tu eipvKjypy и свойства полимеров, приводя1ся методы определения геилофтпческнх характеристик межфазного слоя. Анали шруюкя современные иарнангы решения задачи о восаановленни фононныч спектров по данным теплоемкости для разного рода материалов, с точки зрения их применимости к условиям, поставленным и данной работе.

Но второй главе содержатся сведения о выбранных обьекых исследования и изложены методики проведения измерений температурной зависимости теплоемкости и линейного коэффициента тепловою расширения.

Наиболее целесообразным, как с научной, так и с практической точки зрения, представляется изучение температурных зависимостей теплоемкости н линейного расширения композиционных материалов

Ср

Дж

кг-К 1350

серий политетрафторэтилен - углеродное волокно и политетрафторэтилен - бронза, как молельных и , в то же время, имеющих практическое значение.

Для исследования температурной зависимости теплоемкости соединений ( от 80 до 300 К) использовался вакуумный адиабатический калориметр типа Стрелкова. Градуировка использованной в опыте З'становки проводилась путем сравнения измеряемых значений теплоемкости с эталоном (медь электролитическая). Исследование температурной зависимости в диапазоне от 300 до 373 К проводилось с помощью импульсного калориметра. Погрешность измерения теплоемкости не превышала 1-3 %.

Зкспепиментальные данные по линейному коэффициенту теп-гового расширения а были получены на емкостном дилатометре. Измерения проводились в интервале температур от 80 до 260 К. Погрешность измерения а в • изученном диапазоне температур , оцененная по эталонному образцу (бензойная кислота ), составила ~ б %.

Исследования проводились на образцах модельных систем ПТФЭ-УВ с объемным содержанием наполнителя 3, 6, 10, 15 и 20 %, ПТФЭ-Б с содержанием 1, 12,5, 15 и 45 % наполнителя , а также изучались промышленные материалы КВН-3, Криолон-2 и Криолон-3

на основе ПТФЭ, в которых в качестве ,4 наполнителей использовались измельченное углеродное волокно, сульфид молибдена , оксид и бромид свинца и другие добавки.

90 0

450

Третья глава посвящена результатам экспериментальных исследований удельной теплоемкости и коэффициентов теплового расширения композиционных материалов серий ПТФЭ-УВ, ПТФЭ - бронза, а также промыш-100 200 Т,К ленных материалов КВН - 3. К - 2, К-3 Рис. I. Теплоемкости в интервале температур от 4,2 до 310 К. ПТФЭ (1) и УВ (2) На рис.1 в качестве иллюстрации по-

лученных экспериментальных роультаюв приведены подтермы теплоемкостен ПТФЭ и углеродною волокна (УВ). Полученные экспериментальные результаты для ПТФЭ согласуются с данными, приведенными и литературе.

Табулированные значении теплоемкостен исследованных материалов приведены в табл.1. В низкотемпературном области (Г< 20 К) теплоемкость ПТФЭ и композитов описывается уравнением

Си(Т)=Аехр(- Е/кТ )+ аТ + 1ГР. (1)

Наличие экспоненциального слагаемого и выражении (1) может быть объяснено большой дефектностью кристаллической фазы ПТФЭ, а диа других слагаемых обусловлены колебаниям» в макромолекулах поперечными свишми межа) ними.

В интервале температур о г 40 до 270 К зависимости

тенлоемкостей в пределах погрешности шмеренин описываются уравнениями вида

С ,, = В • Т»', (2)

где значения В и ш закономерно изменяются и (ависимости от доли содержания наполни геля в композитах.

Как для ПТФЭ, так и для композитов на его основе в окрестностях температур 202 К и 304 К на зависимостях СР(Т) имеются пики теплоемкости, обусловленные фазовыми переходами в ПТФЭ.

Расчет тенлоемкостей композитов путем аддитивного сложения соответствующих копнет ранни долен удельных тенлоемкостей ПТФЭ и наполнителей показал, что для композитов серий ПТФЭ - бронза правило Непмана-Каииа выполняйся удовлетворительно, а для композитов серии ПТФЭ-УВ рассчитанные значения С, оказываются меньше экспериментально определенных. Более того, для некоторых композитов этой серии полученные в ходе опытов значения теплоемкости заменю превышают теплоемкое»)! ПТФЭ и УБ. Одним из возможных объяснений такого поведения температурных зависимостей тенлоемкостей комнонпои серии ПТФЭ-УВ может быть образование в этих материалах межфазното слоя на границе раздела матрица (ПТФЭ) • частицы наполнителя (УВ).

Таблица 1

Табулированные данные по теплоемкости Ср, Дж/(кг К)

,К СРПТФЭ Сру» СРБ- 1 Ср з> а СрбУВ Срюув Ср 15УВ Ср 20УВ Ср 1фБ Ср12,5ФБ Ср 15(РБ Ср 45ФБ Ср КВН' Сркз Срк

10 25,1 5,8 23,5 24,8 * 25,5 21,5 29

20 76,7 21.2 75,7 81.5 65,2 52.0 72

30 127 39,6 123 129 105 104 111

40 169 58.0 165 165 145 138 149

50 205 69,5 198 200 185 167 186

60 242 81,0 231 235 225 214 222

70 278 92,5 264 270 256* 255 259

.80 315 104 218 302 297 306 295 275 319 286 268 287 292 291

90 350 125 241 339 333 346 ' 333 310 360 ' 313 348 295 317 329 324

100 385 145 262 376 369 374 365 345 385 343 368 308 347 366 356

120 455 186 290 445 434 423 439 415 450 396 453 363 405 441 420

140 517 240 315 519 504 508 513 485 522 452 512 401 462 516 483

160 590 295 336 593 570 576 ' 571 555 597 499 582 448 518 591 544

180 655 349 348 670 634 637 650 625 718 578 645 484 572 660 605

200 720 404 361 706 689 700 730 695 723 628 687 484 625 710 665

220 785 467 368 791 756 783 743 766 802 669 775 565 678 770 725

240 845 523 382 836 817 853 835 836 844 706 800 605 730 832 777

250 875 551 396 838 847 878. 8S6 871 863 745 838 640 756 865 81С

Далее, в третьем главе рассмотрены результаты сравнения данных по теплоемкости и линейным коэффициентам теплового расширения для промышленных материалов, а также для 11ТФЭ и композитов, содержащих УВ и брошу. Эги результаты в виде отношении С„ / а ПТФЭ находятся в хорошем согласии с литературными приведены в табл.2.

Таблица 2

Отношения Ср / а для некоторых исследованных образцов

Ср/а-10 5! Дж/кг

Т 1С

ПТФЭ квн-з К-2 к-з 10 У В 15 ФБ

80 1.66 1.51 1.54 1,46 1,44 1,92

100 1,73 1,65 1,59 1,62 1,70 2,05

120 1,96 1,76 1,84 1,75 1,93 1,95

140 2,02 2,01 1,72 1,79 1.91 1,78

160 1,84 1.67 1,85 1,75 ■ 1,89 1,69

180 1,71 1,63 1.83 1,73 1.77 1,62

200 1,71 1,60 1.78 1,66 1.72 1,69

220 1,64 1,58 1,75 1,65 1.73 1,66

240 1,61 1.55 1.63 1,62 1,68 1.67

260 1,56 1.53 1,61 1.62 1,66 1,68

среднее

значение 1,74 1,65 1.71 1.67 1,74 1.77

Как видно из полученных данных, представленных п табл.2, отношения СР / а дня всех изученных комнозиюв на бак: ПТФЭ (включая и ПТФЭ) с ростом температуры мало изменяются о г образка к образцу, Это обстоятельство может стужи п, указанием ни то, что тепловые механизмы, ответственные за Си и а , вероятно, имеют одинаковую природу. К сожалению, большая погрешность в

определении а не позволяет еделлть более детального анализа отмеченных закономерностей.

В данной работе предлагается метод оценки содержания МФС и его свойств в полимерных композиционных материалах на основе ПТФЭ. Метод основан на измерении изменения энтропии AS структурного фазового перехода в ПТФЭ. В процессе нагрева полимера при температуре 292,3 К происходит перестроила триклпнной ячейки, которую образуют повторяющиеся'' звенья полимера, в гексагональную. При температуре 303,3 К имеет место еще один менее интенсивный переход. Из общих соображений ясно, что AS в расчете на единицу объема должна уменьшаться с ростом содержания наполнителя, в том числе н за счет перехода части аморфной фазы матрицы в связанное состояние в инде МФС.

Изменение энтропии рассчитывали по формуле

Д S =!/Т„ f<5Q , (3)

где JíVQ - привел.иная теплота, определяемая методом взвешивания калиброванных калек. Относительная погрешность определения приведенной теплоты составляла 5-7 %.

На рис.2 показаны зависимости AS от объемной доли наполнителя аа ятя систем П'ГФЭ-УВ и ПТФЭ-Б. Как bicho из полученных резулыатв. дS в пределах погрешности измерений линейно уменьшается с ростом объемной доли наполнителя. Экстраполяция зависимостей на ось объемной концентрации позволяет определить предельно допустимую долю содержания наполнителя ев,, в композитах, когда вея аморфная составляющая полимера оказывается в связанном состоянии, т. е. переходит в состояние МФС. Обработка данных меюдом наименьших квадрант даег значения ®о, рзвные 52 и % для сиезем ПГФЭ-УВ и ПТФЭ-Б соответственно. При проведении опенок были упены лшерагурпые данные о теплоемкости ПТФ> с различной степенью кристалличности.

'Знание шчпнм г,к\челы1о допустимой концентрации наполни юля щчмолист опеннн. ряд характеристик межфачюго слоя.По'эксперпмеша.чьным данным о зенлоемкости можно оценить СР межфазного слоя и иля* и выше температуры стеклования полимеров. Анализ известных cooi ношений готоляет получить выражение

Ср4"!' = (СУ'К'" - с; s,, - (7'" •.,„ - С- а-ч, V У ж,,, (4)

^...... - экспериментальные данные по теплоемкости, у ~

отношение объемных долей МФС и наполнителя, а - доля соответствующеп фазы.

Поскольку при температурах ниже температуры стеклования (Т<140 К) Ор»4 = С|>к'|', для этого диапазона температур выражение упрощается:

Ср"^ = (С,,1"" - СР ж н - Ср"» (1- да. - у аа,.)>/ у ж,. (5)

Результаты оценок теплоемкости МСФ с помощью уравнении (4) и (5) для полимерных композиционных материалов с углеродным волокном приведены на рис

Оценку теплоемкости МФС в композитах с бронзовым наполнителем провести не представлялось возможным из-за малого содержания этой фазы в исследованных образцах данной серии.

AS _кДж_ моль-К

40

30

20

10

■к

\ N

\

\

\ \

\

\

260Т.К

Рис. 3. Теплоемкости МФС (1),

50 100 av%

Рнс.2. Зависимость изменения

энтропии для систем Г1ТФЭ-УВ (■) аморфной (2) и кристаллическон(З)

и ПТФЭ-Б (х) от объемной доли фаз образцов системы ПТФЭ-УВ наполнителя

Для решения материаловедческих задач прогнозирования свойств создаваемых композиционных полимерных материалов разработана методика восстановления с помощью ПЭВМ фононных спектров по данным теплоемкости. Составлен алгоритм н написана программа (на языке Фортран), осуществляющая предложенный метод.

Как видно из полученных результатов, фононные спектры изученных материалов имеют как общие свойства, гак и чисто индивидуальные. К общим можно отнести следующее. Фононные спектры выражены тремя пиками значений в(\у), разделенными между собой. Оценочный характер расчетов не позволяет выделить тонкую структуру каждого пика, однако, из общих соображений, можно предположить, что первый пик соответствует продольным колебаниям, второй - сегментальным колебаниям и третий -поперечным колебаниям в макромолекулах, следовательно, и соответствующим стоячим волнам.

В табл. 3. приведены граничные значения частоты для каждого пика, а также ¡), соответствующие каждому максимуму плотности состояний. Величина и<,, стоящая в скобках, представляет собой частоту, на которую приходится максимум плотности состояний.

Таблица 4

Значения граничных частот и максимумов плотностн состояний для изученных соединений

№. МэВ

«(»!)___1___ Лж кг ПТФЭ (>УВ 10УВ УВ КВН - 3 К-1 к-з

13,7 1М 2(1.6 20,6 16,0 16,0 16,0

¡¡ТОМ*-!) МГ..Х) Х(О.К) Х.Цб.К) «,6(9.1) 9(6,8) 8,2(6,8) 8(6,")

41 -II 41 34 39 39

£мак(и'г) Г КЗЧ) 2.УЫ) 2.1(34> 0.2(34) 2,1)125) 2,9(32) 2,8(30)

IV) 55 55 55 55 55 55 55

2,6(5(1) 2(50) 2,3(4Х) 1.45(41!) 2,5(46) 2,4(50) 1,9(48)

Из cpaniH'iini'i приведенных в iai. шце результатов, граница самою интенсивной) но величине инка плотности состоянии vvi зависит ог содержания углеродного волокна » образце (\vi увеличивается с ростом концентрации наполнителя). В то же время ни величина «П111Х . ни соотиетствуюшая ему часота wi как для ПТФЭ, так и для композитов практически не изменяется. По-видимому, низкочастотный ник в основном определяйся продольными колебаниями в макромолекуле матрицы. Анализ результатов для "среднего" пика Hw) покатывает, что его граничное значение практически мал«: т-шнент от концентрации наполнителя в композите , исключите составляет КВН - 3. в котором отсутствует углеродное волокно. Значения ¿brav (W2) вначале увеличиваются с ростом наполни 1еля от 2.4 Дж-'-кг для ПТФЭ до 2.9 Дж -' кг для 6УВ, КВН - 3, К-2, ! ' -3. а затем несколько уменьшаются (до 2.1 Дж~'кг для 10УВ). Для чистого углеродного волокна "средний" _ пик практически мало отличен от нуля, по-видимому, из-за отсутствия боковых сегментов в макромолекуле. Следовательно, можно предположить, что наличие этого пика обусловлено сегментальными колебаниями. Детальный анализ наиболее высокочастотного пика затруднен из-за недостаточности экспериментальных данных. Можно предположить, что в этом диапазоне частот возбуждаются поперечные колебания макромолекул.

После восстановления фоноиных спектров для матрицы (ПТФЭ) и наполнителя (УВ) был проведен расчет теплоемкости композиционных материалов серии ПТФЭ-УВ. С этой целью спектры углеродного волокна и политетрафторэтилена аддитивно накладывались в соответствии с объемным содержанием долен наполнителя и полимерной матрицы в композите. Вычисления производились iiji ПЭВМ по специальной программе.

По полученным результатам видно, что результаты расчета согласуются с экспериментальными данными по теплоемкости. Это дает возможность предлагать изложенный метод для решения материаловедческих задач по определению теплофи-знческих свойств (теплоемкости, а если вспомнить о корреляции между СР и линейным расширением, то и а) для композиционных материалов по известным значениям теплоемкости матрицы и наполнителя. Тем самым существенно сокращаются временные, энергетические и трудовые затраты для получения материалов с заданными свойствами.

OCllOiiUl.Ii, П^.И.ТлТЫ

13 процессе шлполпепня данном работы было проведено экспериментальное исследование геилофзгзнчесипч свойств (теплоемкости к лннлшого расширения) полимерных материалов на основе термопластической мазрицы 1'1ТФ"> и вмяьлеп рлд закономерное! eii влиянии наполнителей па пи свойства. После проведения анализа иол\ лепных результатов сделаны слечуюшпе выводы:

I Установлено, чю в обласш гелиевых к-мперазур величина теплоемкости МТФ'Э п образцов серии 1ПФ')-УВ в шачпзельпой степени онредетлекя женопе.нша н.пым вкладом, чго может указывазь на дефеыпость кристаллической фаты ПТФ). С увеличением темпер:иуры величина jioio вклада уменьшается п уже в интервале от 70 до 2SI) К" отмечиь> монозонное возрастание (-\,(Т) иеследовапных материалов . При дальнейшее увеличении температуры ( до - 310 К) на температурных зависимостях теплоемкости о i мечены пики соответствующие . (разовым преврлшенпям, происходящим в кристаллической фазе матрицы ПТ<Ю. Вил зависимости линейного ко)ффиппента теплового раешнрення в целом подобен зависимости СР(Т) з| отношения СР / а для всех образцов в преде зах погрешности мало зависят как от температуры, зак п от состава обратное.

2. Теплоемкости образцов серии I ПФ')-УВ. рассчитанные аддитивным образом. имеют меньшие значении С,,(Т). нежели определенные .кеперпмензально. Это объясняется значительным влиянием межфазнот слоя, образующегося в лих композитах на границе раздела матр'щы и частиц наполнителя. Теплоемкость межфашото слоя, определенная по изменению энтропии фазового перехода в кристаллической фазе Г1 ГФ'Э. во всем исследованном интервале температур превышает' СР как кристаллической , так и аморфной фаз IГГФ") и значительно больше теплоемкости наполнителя (УВ). В обра max серии ПТФ'-М» межфатный слой не образуется.

3. Определены предельные концентрации наполнителей в компоипшошзых материалах изученных серий П ГФЭ-УВ и ПТФЭ-Б которые составили 52 и 91 объема композитов соответственно.

4. Составлены алгоритм и профамма расчета фонопных спектров исследоваиных матсриалоп по табелированным чанным СГ(Т) и

1>риг1 лмма определения теплоемкости по фононным спектрам. Получены и проаналнзнропаны фонониые спектры ПТФЭ, углеродного волокна и ряда композитов этой серии образцов. Установлено, что их фононные спектры имеют три основных пика плотности состояний, соответствующие продольным, сегментальным и поперечным колебаниям в макромолекулах. Высоты пиков, а также граничные частоты колебаний меняются закономерным образом от образца к образцу с изменением содержания наполнителя в композиционном материале. В спектре углеродного. волокна пик плотности состояний, соответствующий сегментальным колебаниям, практически отсутствует.

5. По фононным спектрам матрицы (ПТФЭ) и наполнителя (УВ) определены теплоемкости композиционных материалов с различным содержанием наполнителей. Сравнение рассчитанных значений СР(Т) с экспериментально определенными дает хорошее согласие, что позволяет прогнозировать и определять значения Ср и а в большом интервале температур и в образцах с различным содержанием наполнителя, не прибегая к трудоемким и дорогостоящим экспериментальным исследованиям.

ПУБЛИКАЦИИ НО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

1. Волкова В.К., Суриков В.И. Применение метода регуляризации для решения задачи восстановления <|к.ионного спек-тра по данным теплоемкости/ОмГТУ,- Омск,1995,- 15 с. - Деп. в ВИНИТИ 14,02. 95, № 415-В95.

2. Суриков В.П., Волкова ri.К.. Данилов C.B. Теплоемкость политетрафторэтилена, наполненного углеродным волокном или бронзой / ОмГТУ. - Омск, 1996, - 24 с. - Деп. в ВИНИТИ 01.08.96, № 2589- В96.

3. Исследование физико-механических п теллофизнческнх свойств композитных полимерных материалов на основе политетрафторэтилена: Отчет о НИР/ ОмГГУ,- № ГР 0190004401; Инв. № 02960004180,- Омск, 1996,- 62 с.

4. Оценки фонониого спектра твердых тел по данным теплоемкости/ В.К.Волкова, И.А.Кузнецов, В.И.Суриков, С.В.Данилов// Химия твердого зела и новые материалы: Сб. докл. Всерсс. конф. 14- 18 октября 1996 г. - Екатеринбург: УрО РАН, 1996,-T.I.-C.324.

5. Предельные концентрации наполнителей и некоторые свойства межфазного слоя в композитах на основе политетрафторэтилена/ В:ш.И. Суриков, В.К. Волкова, C.B. Данилов, Е.П. Дьяков, Вад.И. Суриков // ОмГТУ: - Омск. 1997. - 15 с. - Деп. в ВИНИТИ 14.03.97. Лг» 791-1397.