Структурно-механические аспекты деформации полиэтилентерефталатных пленок с тонким твердым покрытием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.06, кандидат химических наук Лебедева, Ольга Владимировна

• Лебедева, Ольга Владимировна
• кандидат химических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат химических наук Лебедева, Ольга Владимировна

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

Глава 2. Объекты и методы исследования.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы исследования.

Глава 3. Особенности структурообразования в системе ПЭТФ - твердое покрытие при деформировании в широком температурном диапазоне.

3.1. Особенности возникновения и формирования регулярного микрорельефа и регулярного разрушения покрытия при деформировании ПЭТФ-подложки.

3.2. Особенности и механизм образования регулярного микрорельефа при деформировании ПЭТФ-подложки.

3.2.1. Факторы, влияющие на величину периода регулярного микрорельефа, возникающего при деформировании ПЭТФ с тонким твердым покрытием.

3.2.2. Причины и механизм возникновения регулярного микрорельефа.

3.3. Особенности разрушения твердого покрытия при деформировании ПЭТФ-подложки.

3.3.1. Факторы, влияющие на размер фрагментов разрушения твердого покрытия при деформировании ПЭТФ - подложки.

3.3.2. Механизм разрушения твердого покрытия при деформировании ПЭТФ-подложки.

3.4. Пластическая деформация твердого покрытия при деформировании

ПЭТФ - подложки.

Глава 4. Влияние кристаллизации при отжиге аморфного ПЭТФ на параметры микрорельефа и характер разрушения тонкого твердого покрытия.

Глава 5. Особенности структурообразования в системе ПЭТФ - твердое покрытие при деформировании в активных жидких средах.

5.1. Особенности разрушения твердого покрытия при деформировании ПЭТФ - подложки в жидких средах при комнатной температуре.

5.2. Влияние адгезии на механическое поведение полимерных пленок с тонким твердым покрытием.

5.3. Влияние природы жидкой среды и температуры деформирования на характер структурных перестроек в системе ПЭТФ - твердое покрытие.

5.3.1. Особенности структурообразования в системе ПЭТФ-твердое покрытие при деформировании в н-декане.

5.3.2. Особенности структурообразования в системе ПЭТФ-твердое покрытие при деформировании в деканоле-1.

5.3.3. Влияние механического поведения ПЭТФ в активных жидких средах на картину разрушения покрытия и параметры возникающих структур.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структурно-механические аспекты деформации полиэтилентерефталатных пленок с тонким твердым покрытием»

Хорошо известно, что полимерные материалы находят самое широкое применение в различных областях промышленности и техники, а также в быту. Это в первую очередь связано с тем, что полимеры обладают рядом уникальных механических свойств, в связи с чем, огромное количество исследований посвящено изучению механических свойств полимерных материалов и механизмов их деформации [1-3].

Однако следует отметить, что в природе, быту и промышленности чистые полимерные материалы практически не встречаются, в связи с чем, бурно развивается наука о композиционных материалах [4-9]. Наиболее часто используются на практике и поэтому в наибольшей степени изучены композиционные материалы, построенные по принципу "усиливающее волокно в полимерной матрице". В настоящее время достаточно подробно изучены различные свойства таких композиционных материалов, в том числе и структурно-механические [8,9].

Другой разновидностью композиционных материалов являются системы, построенные по принципу "покрытие на полимере-подложке". Такие системы также нашли широкое практическое применение, например, в микроэлектронике, вычислительной технике и упаковочной промышленности [10-12]. Необходимо отметить, что системы, построенные по принципу "оболочка - основание", также чрезвычайно широко распространены в окружающем мире (плоды растений, тела животных и т. д.), в связи с чем, изучение фундаментальных свойств таких систем имеет большое значение не только для материаловедения.

Многие свойства подобных систем уже достаточно подробно изучены [13-16], однако практически не исследованы структурно-механические аспекты их деформации. В недавних работах было проведено структурно-механическое исследование систем "твердое покрытие на полимерном основании". В частности, в работах [17,18] была изучена система полиэтилентерефталат - 8Ю2, а в [19-21] -система каучук - платиновое покрытие. В работе [19] впервые было обнаружено явление возникновения регулярного микрорельефа и регулярное разрушение покрытия на однородные по размерам фрагменты при деформировании подобных систем. Авторы работ [19-21] полагают, что обнаруженные ими явления носят общий характер и не зависят от природы полимера и покрытия. В работах [20,21] проведен подробный теоретический анализ обнаруженных явлений и установлены причины и механизм их возникновения.

В цитированных выше немногочисленных работах, посвященных исследованию особенностей деформации систем "твердое покрытие на податливом основании" было показано, что такие системы имеют целый ряд характерных особенностей. В связи с вышеизложенным встает задача выяснения насколько общими являются обнаруженные в работах [19-21] закономерности. Такой подход тем более актуален, что все заключения о механизме обнаруженных в [19-21] явлений были сделаны при использовании упругой, обратимо деформируемой подложки - сшитого каучука.

В связи с этим целью данной работы стало выявление наиболее общих структурно-механических свойств систем "твердое покрытие на полимерном основании" и, в частности, при использовании не упругой, а пластичной подложки -термопластичного полимера полиэтилентерефталата.

Заключение диссертации по теме «Высокомолекулярные соединения», Лебедева, Ольга Владимировна

Выводы.

1. Исследованы особенности деформации системы ПЭТФ - твердое покрытие в широком температурном диапазоне. Рассмотрено влияние различных факторов на рельефообразование и характер разрушения твердого покрытия при деформировании полимера-подложки. Впервые показано, что указанные процессы имеют стадию зародышеобразования, которая контролируется критерием гриффитсовского типа и связана с наличием в покрытии поверхностных микродефектов.

2. Установлены механизмы рельефообразования и разрушения покрытия при деформировании ПЭТФ-подложки. Согласно предложенным механизмам выведены соотношения для основных параметров возникающих структур -периода РМР и среднего размера фрагментов разрушения покрытия. Получено хорошее соответствие теории и эксперимента.

3. Предложен новый прямой метод оценки величины пластической деформации твердого покрытия при деформировании полимера-подложки. Показано, что предложенная методика может рассматриваться как новый эффективный метод исследования механических свойств твердых тел.

4. Проведена оценка величины межфазной адгезии покрытия и подложки и установлена важная роль межфазной поверхностной энергии в процессах отслаивания покрытия от подложки при деформировании систем полимер -твердое покрытие.

5. Изучено влияние природы жидкой среды и температуры деформирования на характер структурных перестроек в системе ПЭТФ - твердое покрытие. Показано, что среда деформирования влияет на рельефообразование, картину разрушения покрытия и на численные значения параметров возникающих структур. Показано, что анализ структурообразования в системе ПЭТФ - твердое

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Лебедева, Ольга Владимировна, 2000 год

1. Аскадский A.A. Деформация полимеров. М.: Химия, 1967.

2. Каргин В.А., Слонимский Г.Л. Краткие очерки по физико-химии полимеров. М.-Л.: Химия, 1967.

3. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. М.: Высшая школа, 1979.

4. Натансон Э.М., Брык М.Т. // Успехи химии. 1972. Т. 41. Вып. 8. С. 1465.

5. Алексеев А.Г., Корнев А.Е. Эластичные магнитные материалы. М.-Л.: Химия, 1976.

6. Липатов Ю.С. Физико-химия наполненных полимеров. М.-Л.: Химия, 1977.

7. Современные композиционные материалы. Под ред. Браутмана Л. и Крока Р. М.: Мир, 1970.

8. Туманова А.Т. Монокристаллические волокна и армированные ими материалы. М.: Мир, 1973.

9. Баженов СЛ. Дисс. . д-ра физ. мат. наук. М.: ИХФ РАН, 1995.

10. Bends D.J., Gendey R.W., Rasile J. // IBM J. Res. Develop. 1982. V. 26. P. 278.

11. Watari T. Murano H. // Proc. 35th Electronic Components Conf. IEEE. 1985. P. 193.

12. Felts J.T. //J. Plast. Film. Sheet. 1993. V. 9. № 139. P. 201.

13. Levins J.V., Vanderlink Т.К. // J. Phys. Chem. 1995. V. 99. № 14. P. 5067.

14. Kim J.M., Marzouk H.A., Reucroft P.J. et al. // J. Appl. Phys. 1995. V. 78 № 1. P. 245.

15. Faupel F., Yang C.H., Chen S.T., Ho P.S. // J. Appl. Phys. 1989. V. 65 № 5. P. 1911.

16. Ho P.S. //J. Appl. Surf. Sei. 1989. V. 41/42. P. 559.

17. Leterrier Y., Boogh L., Anderson J., Manson J.-A. E. Adhesion of Silicon Oxide Layers on Poly(ethyleneterephthalate). 1: Effect of Substrate Properties on Coating's Fragmentation Process.// J. Polym. Sei. В. Phys. 1997. V. 35. № 9. P. 1449.

18. Leterrier Y., Boogh L., Anderson J., Manson J.-A. E. Adhesion of Silicon Oxide Layers on Poly(ethyleneterephthalate). 2: Effect of Coating Thickness on Adhesive and Cohesive Strengths.// J. Polym. Sei. В. Phys. 1997. V. 35. № 9. P. 1463.

19. Баженов СЛ., Чернов И.В., Волынский A.JI., Бакеев Н.Ф. // Докл. РАН. 1997. Т. 355. №4. С. 491.

20. Баженов С.Л., Чернов И.В., Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. // Докл. РАН. 1997. Т. 356. № 1.С. 54.

21. Баженов С.Л., Чернов И.В., Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. // Докл. РАН. 1997. Т. 356. №2. С.199.

22. Grosskreuts J.C., McNeil M.B. // J. Appl. Phys. 1969. V. 40. P. 355.

23. Pitkethly M.J., Favre J.P., Gaur U., Jakubowski J., Mudrich S.F., Caldwell D.L., Drzal L.T., Nardin M., Wagner H.D., Dilandro L., Hampe A., Armistead J.P., Desaeger M., Verpoest I. // Compos. Sei. Technol. 1993. V. 48. P. 205.

24. Kelly A., Tyson W.R. // J. Mech. Phys. Sol. 1965. V. 13. №2. P. 329.

25. Фейнман P., Лейтон P., Сэндс M. Фейнмановские лекции по физике. Т. 2. Физика сплошных сред. М.: Мир, 1966.

26. Biot M.А. // Quart. Appl. Math. 1959. V. 17. № 1231. P. 722.

27. Biot M.A. // J. Appl. Phys. 1954. V. 25. № 11. P. 2133.

28. Маневич Л.И., Павленко A.B., Коблик С.Г. Асимптотический метод в теории упругости ортотропного тела. Киев: Высшая школа, 1982.

29. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теория упругости. М.: Наука, Главная редакция физ. -мат. литературы, 1965.

30. Александров В.М., Мхитарян С.М. Контактные задачи для тел с тонкими покрытиями и прослойками. М.: Наука, 1983.

31. Белоусов В.В. Земная кора и верхняя мантия океанов. М.: Наука, 1968.

32. Богданов Ю.А., Каплин П.А., Николаев С.Д. Происхождение и развитие океана. М.: Мысль, 1978.

33. Smoluchovski M. // Abhandl. Acad. Wiss. Krakau. Math. 1909. V. Kl. P. 3.

34. Smoluchovski M. // Abhandl. Acad. Wiss. Krakau. Math. 1910. V. Kl. P. 727.

35. Ramberg H., Stephansson O. // Tectonophisics. 1964. V. 1. P. 101.

36. Ramberg H. // Bull. Am. Assoc. Petrol. Geologist. 1963. V. 47. P. 484.

37. Ramberg H. // Tectonophisics. 1964. V. 9. P. 307.

38. Волынский А.Л., Баженов С.Л., Бакеев Н.Ф. // Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д.М.Менделеева). 1998. Т. 42. № 3.С. 57.

39. МясниковаН.В. Дисс.канд. хим. наук. М.: МГУ, 1983.

40. Ярышева JI.M., Чернов И.В., Кабальнова Л.Ю, Волынский А.Л, Бакеев Н.Ф., Козлов П.В. // Высокомолек. соед. А. 1989. Т. 31. № 8. С. 1544.

41. Луковкин Г.М., Пазухина Л.Ю., Ярышева Л.М., Волынский А.Л., Козлов П.В., Бакеев Н.Ф. // Высокомолек. соед. А. 1984. Т. 26. № 10. С. 2192.

42. Volynskii A.L., Bakeev N.V. Solvent Crazing of Polymers. Amsterdam: Elsevier, 1995.

43. Hinrichsen G., Adam H.G., Krebs H., Springer H. // Colloid and Polim. Sci. 1980. V. 258. №3. P. 232.

44. Исаков В.Ф., Азенштейн Э.М., Николаева Н.И. // Хим. Волокна. 1974. № 4. С. 6.

45. Axtell F.H., Haworth В. // Polymer Testing 1990. V. 9. P. 53.

46. МакКлинток Ф. Разрушение. М.: Мир, 1976. Т. 3.

47. Перцин А.И., Пашунин Ю.М. // Высокомолек. соед. Б. 1996. Т. 38. № 5. С. 919.

48. Веттегрень В.И, Рахимов С.Ш., Светлов В.Н. // ФТТ. 1995. Т. 37. № 4. С. 913.

49. Веттегрень В.И., Рахимов С.Ш., Бакулин Е.А. // ФТТ. 1995. Т. 37. № 12. С. 3630.

50. Веттегрень В.И, Рахимов С.Ш, Светлов В.Н. // ФТТ. 1995. Т. 37. № 12. С. 3635.

51. Регель В.Р, Слуцкер А.И, Томашевский Э.Е. // Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974.

52. Надаи А. // Пластичность и разрушение твердых тел. М.: Мир, 1969.

53. Васильева Е.В, Волкова P.M., Захарова М.И. и др. // Платина, её сплавы и композиционные материалы. М.: Металлургия, 1980.

54. Ки Б. Новейшие методы исследования полимеров. М.: Мир, 1966.

55. Волынский А.Л, Бакеев Н.Ф. Высокодисперсное ориентированное состояние полимеров. М.: Химия, 1984.

56. Kies J.A. Prediction of failure due to mechanical damage in the outer hoop winding in fiberglass plastic pressure vessels, Naval Res. Lab. Washington. Rep. 1962. № 5736.

57. Кортен X.T. Разрушение. M.: Мир, 1976. Т. 7. Ч. 1.

58. Гроховская Т.Е., Волынский А.Л, Бакеев Н.Ф. // Высокомолек. соед. А. 1977. Т. 19. №9. С. 2112.

59. Синевич Е.А, Бакеев Н.Ф. // Высокомолек. соед. А. 1982. Т. 24. № 3. С. 1914.

60. Курбоналиев М.К, Кадыров Р.Т, Древаль В.Е. // Высокомолек. соед. А. 1990. Т. 32. № 10. С. 2047.

61. Волынский А.Jl., Луковкин Г.М., Бакеев Н.Ф. // Высокомолек. соед. А. 1977. Т. 19. №4. с. 785.

62. Kramer E.J., Berger L.L. // Adv. Polym. Sei. 91/92. Berlin, Heidelberg: SpringerVerlag, 1990. Р. 1.

63. Narisawa J, Jee A.F., in E.L.Thomas (ed) Material Science and Technology, V. 12. Structure and Properties of Polymers. 1993. P. 701.

64. Годовский Ю.К. Теплофизические методы исследования полимеров. М.: Химия, 1976.1. Благодарности.

65. Автор выражает искреннюю благодарность доктору физ.-мат. наук, в.н.с. С.Л.Баженову за проведенные им теоретические исследования.

66. Автор считает своим долгом выразить благодарность чл.-корр. РАН А.Н.Озерину за содействие в работе и полезные рекомендации.