Предисловие...................................................... 5
Список условных обозначений......................................... 7
Список сокращений................................................. 8
Введение........................................................ 9
Глава 1
ОСНОВЫ ТЕОРИИ АДСОРБЦИИ ПОЛИМЕРОВ..............,............... 16
1.1. Основные закономерности адсорбции полимеров из разбавленных растворов------
1.2. Изотермы адсорбции полимеров из разбавленных растворов................ 20
1.3. Термодинамическое взаимодействие полимера и поверхности............... 22
.4. Строение адсорбционных слоев полимеров............................. 24
.5. Экспериментальная оценка толщины адсорбционного слоя................. 30
.6. Адсорбция полимеров из полуразбавленных растворов.................... 33
.7. Агрегация макромолекул в растворах................................ 35
.8. Молекулярно-агрегативный механизм адсорбции........................ 38
.9. Адсорбция из растворов смесей полимеров............................. 43
ЛО.Адсорбция полимеров из расплавов................................. 49
Глава 2 АДГЕЗИЯ ПОЛИМЕРОВ К ТВЕРДЫМ ПОВЕРХНОСТЯМ...................... 54
2.1. Термодинамическое описание адгезии................................
2.2. Теории адгезии................................................. 64
2.3. Теория слабых граничных слоев.................................... 67
2.4. Механизм формирования адгезионного соединения...................... 69
2.5. Адгезионная прочность........................................... 72
2.6. Модификация поверхности наполнителей для усиления адгезионного взаимодействия................................................ 80
2.7. Привитая полимеризация на наполнителях............................ 85
Глава 3
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ПОЛИМЕРОВ . •............ 88
3.1. Основные понятия.............................................. 88
3.2. Поверхностные слои полимерных фаз................................ 89
3.3. Конформация макромолекул на границе раздела с твердым телом........... 92
3.4. Молекулярная упаковка в граничных слоях........................... 97
3.5. Молекулярная подвижность макромолекул вблизи границы раздела......... 106
3.6. Микрогетерогенность поверхностных слоев............................ 114
3.7. Физико-химический критерий понятия „высоконаполненный полимер"....... 117
Глава 4 НАПОЛНЕНИЕ АМОРФНЫХ ЛИНЕЙНЫХ И СЕТЧАТЫХ ПОЛИМЕРОВ............ 120
4.1. Обобщенная модель структуры наполненного полимера................... 120
4.2. Термодинамика наполнения полимеоов.............................. 121
4.3. Плотность молекулярной упаковки в наполненных полимерах и их набухание. . 127
4.4. Стеклование наполненных полимеров................................ 130
4.5. Влияние границы раздела на реакции синтеза и механизм формирования линейных и сетчатых полимеров.................................... 138
Глава 5 НАПОЛНЕНИЕ КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ ПОЛИМЕРОВ....................... 145
5.1. Кинетика кристаллизации в присутствии наполнителей................... 146
5.2. Особенности кристаллизации на твердой поверхности..................... 150
5.3. Кристаллизация в тонких слоях между частицами наполнителя............. 151
5.4. Температура плавления наполненных кристаллических полимеров.......... 15
5.5. Влияние наполнителей на морфологию и структуру наполненных кристаллизующихся полимеров............................................ 161
Глава 6
ВЯЗКОУПРУГОСТЬ НАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ......................... ш
6.1. Зависимость модуля упругости дисперсно-наполненного композита от содержания наполнителя............................................... 163
6.2. Модули вяэкоупругости и потери в наполненных полимерах............... 169
6.3. Вклад межфазных слоев в вязкоупругие свойства композитов.............. 173
6.4. Влияние межфазного слоя на частотные характеристики наполненных полимеров
6.5. Особенности релаксации наполненных полимеров.......'................ 1^3
6.6. Реологические свойства наполненных полимеров....................... 190
Глава 7 ПОЛИМЕР-ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИИ................................ 196
7.1. Особенности наполнения полимерных матриц полимерными наполнителями ... 196
7.2. Основные положения термодинамики смешения полимеров............... 199
7.3. Образование полимер-полимерных систем при фазовом разделении.......... 204
7.4. Механизм образования межфазных слоев. Фазовое разделение в смесях полимеров.................................................. 207
7.5. Морфологические и реологические механизмы формирования переходных межфазных слоев............................................. 212
7.6. Теория границы раздела полимер—полимер.......................... 214
7.7. Структура и толщина межфазной области............................ 219
Глава 8 ГИБРИДНЫЕ МАТРИЦЫ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ И ИХ НАПОЛНЕНИЕ . 222
8.1. Основные определения.......................................... 222
8.2. Термодинамическое состояние гибридных матриц...................... 223
8.3. Особенности химической кинетики формирования взаимопроникающих полимерных сеток............................................. 227
8.4. Микрофазовое разделение в ходе реакций образования взаимопроникающих сеток..................................................------ 230
8.5. Особенности самоорганизации гибридных матриц...................... 231
8.6. Формирование фазовой структуры при отверждении олигомер-олигомерных и олигомер-полимерных систем .................................... 235
8.7. Наполнение гибридных матриц................................... 238
Библиографический список......................................... 244
Ни одна научная истина не дается в непосредственном опыте. Сам этот непосредственный опыт есть уже результат
умозрения.
Вл. Соловьев
ПРЕДИСЛОВИЕ
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) применялись еще в древности. При создании таких материалов необходимо использовать основные положения неорганической и органической химии, химии высокомолекулярных соединений, теоретической и прикладной механики твердого тела, физики и механики полимеров.
В предлагаемой вниманию читателя монографии расематривается только один, общий для ПКМ всех типов аспект проблемы их создания-физико-химический. При этом следует учитывать, что ПКМ представляют собой гетерогенные многокомпонентные полимерные композиции, свойства которых не определяются суммой свойств составляющих компонентов.
В течение более 30 лет автор монографии развивает и пытается экспериментально подтвердить концепцию, согласно которой определяющую роль в свойствах ПКМ играют межфазные и поверхностные явления на границе раздела полимер-твердое тело. С нашей точки зрения, все последующее развитие физической химии наполненных полимеров подтверждает обоснованность этой концепции. Данная монография посвящена преимущественно анализу поверхностных и межфазных явлений в наполненных полимерных материалах и вкладу этих явлений в физико-механические свойства. Преимущество такого подхода, по нашему мнению, заключается в том, что общее физико-химическое описание применимо ко всем известным типам ПКМ - с дисперсными минеральными наполнителями, минеральными и органическими волокнистыми наполнителями, в которых в качестве матрицы используются и эластомеры, и термопласты, и реактопласты. Несмотря на то, что в разных случаях детали механизма усиления могут различаться, физико-химические принципы усиления, вытекающие из анализа межфазных явлений, справедливы во всех случаях.
Это определило принцип построения монографии, в которой отдельные главы посвящены теоретическим и экспериментальным вопросам, связанным с межфазными явлениями и свойствами межфазных или граничных слоев. Со всей очевидностью можно утверждать, что основу физико-химической теории наполнения полимеров составляют теории адсорбции полимеров на твердых поверхностях, адгезии полимеров к этим поверхностям и структура и свойства межфазных слоев на границе раздела полимер-твердое тело иной химической природы.
