ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, МОДЕЛИ И РАСЧЕТЫ СОСТАВОВ ДИСПЕРСНО-НАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ С РАЗНЫМИ ТИПАМИ СТРУКТУР И СВОЙСТВАМИ

Аннотация

Впервые представлены теоретические основы построения структуры дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов (ДНПКМ) с позиций совместного рассмотрения модельных представлений Шкловского-Де Жена о формировании в пространстве структуры дисперсных наполнителей и, предложенной нами, обобщенной модели, включающей создание свободного пространства, его заполнение полимерной матрицей (связующее) и ее функционального деления на три составляющие – φ_п = Θ + В +М (Θ – доля полимерной фазы-матрицы для формирования прослойки между частицами наполнителя; В – доля полимерной фазы-матрицы при максимальной упаковке дисперсной фазы; М – доля полимерной фазы-матрицы в граничных слоях). Установлены корреляционные зависимости между параметрами гетерогенности в пространстве (параметры решеток - Z и k_уп) и обобщенным параметром Θ, проведена классификация всех ДНПКМ по структурному принципу [тип структуры: РС – разбавленные, ННС – низко-наполненные, СНС – средне-наполненные (СНС-1 и СНС-2) и ВНС – высоконаполненные дисперсные системы]. Для описания структуры ДНПКМ предложены обобщенные (Θ, В, М) и приведенные параметры (Θ/В и Θ/S_н). Разработаны экспериментальные методики определения основного параметра дисперсного наполнителя для построения структур ДНПКМ - максимальная упаковка (k_уп) и максимальное содержание дисперсных наполнителей (параметр φ_m) разных размеров. Показано, что построение всех возможных типов структур и составов ДНПКМ следует начинать с ВНС при содержании дисперсного наполнителя равного φ_m (фиксированная начальная точка), подобно построению ступенчатой ПИРАМИДЫ ЧИЧЕН ИЦА с вершиной - ВНС, основанием – полимерная матрица (ПМ) и со ступеньками – разные типы структур (СНС-2, СНС-1, ННС и РС). Установлены зависимости физико-химических, реологических, физико-механических, электрофизических, теплофизических характеристик ДНПКМ от обобщенных и приведенных параметров, а также от параметров решеток Z и k_уп дисперсного наполнителя и показано, что тип структуры и ее параметры определяют свойства ДНПКМ. Полученные зависимости впервые позволили провести сравнение между собой характеристик ДНПКМ с одинаковыми типами структур, а не при постоянном значении содержания дисперсной фазы (φ_н = Const), что не корректно. Эта концепция положена в основу создания высокотехнологичных, высокопрочных, теплопроводных и теплоизоляционных, а также электропроводящих и т.д. ДНПКМ. Новые теоретические положения можно распространить на построение структур композиционных материалов на основе металлической и керамической матриц.