Теоретический расчет плотности аморфно-кристаллических полимеров на основе рентгенографических параметров структуры


Обсуждение теоретических результатов



Скачать 257,92 Kb.
страница2/2
Дата01.08.2018
Размер257,92 Kb.
1   2

Обсуждение теоретических результатов. За основу расчета плотности принята конформация ПТФЭ , по которой спираль из макромолекул ПТФЭ раскручивается и состоит из 7 витков и 15 групп C, образуя гексагональную решетку с параметрами: a = b = 0,564 нм; c = 1,68 нм; α = β = ; угол γ = [1, 2].

Рентгенографические данные структуры образца ПТФЭ, вычисленные из его рентгенограммы и используемые созданной компьютерной программой для расчетов плотностей фаз, приведены в табл. 1. В работе [5] показано, что плотность кристаллической фазы ПТФЭ, вычисленная по табличным параметрам кристаллической ячейки, равна ρкр = 2,69∙103 кг/м3. Плотность аморфной фазы с учетом ее упорядочения в разумных пределах в интервале значений α = 0,3 – 0,7 меньше плотности кристаллической фазы, что соответствует литературным данным. При неизменных значениях структурных параметров плотность ПТФЭ линейно увеличивается при возрастании степени упорядочения α (рис. 1).

Таблица 1

Исходные рентгенографические данные для расчетов плотности ПТФЭ




а,

нм


с,

нм


Сам,

нм


ε,

%


χ,

%


α

0.564

1.68

1.60

4.76

63

0.46

В данной статье для этого же образца ПТФЭ приводятся результаты дополнительного исследования зависимостей рентгеновской плотности от структурных параметров матрицы при неизменном и конкретном значении степени упорядочения α = 0.46. Это значение было получено путем решения обратной задачи формулы (2) при значении экспериментально измеренной методом гидростатического взвешивания плотности ПТФЭ, равной ρ,эксп. = 2,20∙103 кг/м3 (рис. 1).



Рис. 1. Зависимость рентгеновской плотности ПТФЭ (1) и

плотности аморфной фазы (2) от степени упорядочения


Плотности ρам.уп, ρам.неуп и ρПТФЭ при разных значениях степени кристалличности χ , но одинаковом значении среднего межслоевого расстояния приведены в табл. 2. Вычисления значений всех плотностей выполнены для трёх значений величины Сам: 1,50; 1,58; 1,65 нм.

Таблица 2

Рентгеновская плотность фаз ПТФЭ в зависимости от степени кристалличности


Сам, нм

χ, %


ρам.,неуп., г/см3

ρам.,уп., г/см3

ρам., г/см3

ρПТФЭ., г/см3

1,50


30

0,288

3,014

1,542

1,886

45

0,288

3,014

1,542

2,059

60

0,288

3,014

1,542

2,231

75

0,288

3,014

1,542

2,403

1,58


30

0,160

2,861

1,403

1,789

45

0,160

2,861

1,403

1,982

60

0,160

2,861

1,403

2,175

75

0,160

2,861

1,403

2,368

1,65


30

0,048

2,740

1,286

1,707

45

0,048

2,740

1,286

1,918

60

0,048

2,740

1,286

2,129

75

0,048

2,740

1,286

2,339

Из табл. 2 видно, что при конкретном значении величины Сам = 1,50 нм при увеличении степени кристалличности χ с 30 % до 75 % плотность ПТФЭ возрастает на 27, 4 % по отношению к первоначальному значению только за счет массового увеличения содержания кристаллической фазы в объеме матрицы, поскольку плотности всех ее частей остаются постоянными величинами. При значении Сам = 1,65 нм плотность ПТФЭ возрастает уже на 37 % по отношению к первоначальному значению. Таким образом, скорость увеличения плотности ПТФЭ возрастает при увеличении величины среднего межслоевого расстояния.

В табл. 3 представлены значения плотностей всех фаз от среднего межслоевого расстояния Сам , но постоянной величине степени кристалличности χ. Расчеты проведены для трех значений χ: 50, 60 и 80 %. Плотность ПТФЭ уменьшается при возрастании величины Сам.
Таблица 3

Рентгеновская плотность фаз ПТФЭ в зависимости от среднего межслоевого расстояния




χ, %


Сам, нм

ρам.,неуп., г/см3

ρам.,уп., г/см3

ρам., г/см3

ρПТФЭ., г/см3

50


1,50

0,288

3,014

1,542

2,116

1,55

0,208

2,916

1,454

2,072

1,60

0,128

2,826

1,369

2,029

1,65

0,048

2,740

1,286

1,988

60


1,50

0,288

3,014

1,542

2,231

1,55

0,208

2,916

1,454

2,196

1,60

0,128

2,826

1,369

2,162

1,65

0,048

2,740

1,286

2,129

80


1,50

0,288

3,014

1,542

2,460

1,55

0,208

2,916

1,454

2,443

1,60

0,128

2,826

1,369

2,426

1,65

0,048

2,740

1,286

2,409

Из табл. 3 видно, что плотность ПТФЭ при конкретной величине χ определяется, во-первых, совокупностью значений плотностей всех фаз и, во-вторых, она уменьшается при возрастании величины Сам. Так при увеличении значения Сам от 1,50 до 1,65 нм величины ρам.,неуп., ρам.,уп, ρам. и ρПТФЭ соответственно уменьшились на 83,3; 9,1 %; 16,6 и 6 %. При значении степени кристалличности χ = 80 % уменьшение соответствующих величин в процентном соотношении не изменяется, кроме величины ρПТФЭ, которая уменьшилась на 2 %. При возрастании степени кристалличности с 50 до 80 % скорость уменьшения плотности ПТФЭ уменьшилась в 3 раза. Таким образом, скорость уменьшения плотности ПТФЭ возрастает при увеличении величины степени кристалличности.



Выводы

1. Разработана методика и компьютерная программа расчета плотностей отдельных фаз и плотности матрицы аморфно-кристаллических полимеров на примере ПТФЭ в области применения рентгеноструктурного анализа.

2. Теоретические расчёты показывают, что в области реализуемых интервалов значений степени кристалличности χ = (50 – 70) % и среднего межслоевого расстояния Сам = (1,55 – 1,65) нм плотность ПТФЭ можно считать слабо изменяющейся величиной и равной ρПТФЭ = (2,20 – 2,30) г/см3, что является очень важным фактором при техническом применении ПТФЭ.

3. При любом реальном значении степени упорядочения α плотность аморфной фазы ПТФЭ всегда меньше плотности кристаллической фазы, но плотность упорядоченной части аморфной фазы больше плотности кристаллической фазы.

4. Плотность ПТФЭ при конкретных значениях рентгенографических параметров структуры линейно возрастает при увеличении степени упорядочения. При постоянных значениях степени упорядочения и среднего межслоевого расстояния она возрастает при увеличении степени кристалличности. При постоянных значениях степени упорядочения и степени кристалличности она возрастает при уменьшении среднего межслоевого расстояния в аморфной фазе ПТФЭ.

5. Зависимости ρПТФЭ= f(α), ρПТФЭ= f(χ), ρПТФЭ= f(Сам) являются линейными при постоянных остальных структурных параметров.




Библиографический список
1. Машков Ю. К. Композиционные материалы на основе политетрафторэтилена. / Ю. К. Машков, З. Н. Овчар, В. И. Суриков, Л. Ф. Калистратова. // – М.: Машиностроение.– 2005. – 239 с.

2. Машков Ю. К. Структура и износостойкость модифицированного политетрафторэтилена. / Ю. К. Машков, Л. Ф. Калистратова, З. Н. Овчар// – Омск: Изд-во ОмГТУ. – 1998. – 144 с.

3. Кропотин О. В. Влияние межфазного взаимодействия в графитонаполненном политетрафторэтилене на плотность матрицы / Кропотин О. В., Акименко С. С. [и др.] //Омский научный вестник. 2014. № 1 (127). С. 22–26.

4. Миркин Л. И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. // – М.: Гос. Изд-во физ.- мат. лит. – 1961. – 863 с.

5. Киреев А. П., Калистратова Л. Ф. Влияние степени упорядочения аморфной фазы на рентгеновскую плотность аморфно-кристаллического ПТФЭ. Наука и молодежь в XXI веке. Материалы 2-ой Всесоюзной научно-практической конференции. Омск. 5 декабря 2016. С. 106 –110. 1 электр. оптический диск. 4,8 Мб.

6. Kozlov G.V. A cluster model for the polymer amorphous state / G.V. Kozlov, V.U.Novikov // – Physics-Uspekhi. 2001. Т. 44. № 7. – С. 681-724.



7. Рентгенографический фазовый анализ политетрафторэтилена, [Текст]. / Антипов, Е. М., Игнатьева, Л. Н. и др. // – Кристаллография, 2010.– Т. 55, № 4.– С. 651–656.
: files -> conferences -> Science2017 -> fulltext
files -> Стоматология
files -> Учебный план дополнительной профессиональной программы повышения квалификации «Стоматологическая помощь населению»
files -> Учебно-тематический план дополнительной профессиональной программы повышения квалификации «Стоматологическая помощь населению»
files -> Терапевтическая стоматология
fulltext -> Нанотехнологии в медицине: перспективные направления и основные проблемы
conferences -> Системная классификация оснований медицинской антропологии


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2


База данных защищена авторским правом ©stomatologo.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница