ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы СОДЕРЖАНИЕ j Газопроницаемость полимерных материалов из "Вакуумноплотные композиционные материалы на основе полиорганосилоксанов" Газопроницаемость материалов — способность их пропускать газы или пары при наличии градиента давления или температуры. Такая характеристика важна при использовании материалов в самых различных областях техники. Знание этой величины позволяет правильнее выбрать тип герметика для более длительной защиты узлов и изделий от действия влаги, топлива, атмосферного воздуха и различных газов. Эффективность действия антикоррозионных покрытий также увеличивается с понижением их газопроницаемости. [c.6] Более жесткие требования по проницаемости предъявляются к материалу, если он разделяет среды со значительной разницей давлений, например атмосфера—вакуум. В этом случае материал должен обладать низкой газопроницаемостью, чтобы позволить получить вакуум в системе, т. е. материал должен быть вакуумноплотным. [c.6] Рассматривая уравнения (1) и (2), можно заключить, что допустимые величины скоростей поступления газов связаны с необходимой величиной предельного давления в системе. Для достижения низких величин давл ення следует уменьшать все составляющие уравнения (2), в том числе и скорость 0 рон- Можно прийти и к другому выводу допустимая величина 0 определяется как требуемым предельным давлением, так и величинами скоростей откачки, натекания и десорбции газов. Таким образом, становится очевидной необходимость знания газопроницаемости различных материалов. [c.7] В данной работе мы рассматриваем вакуумноплотные композиционные материалы. Под вакуумной плотностью материалов принято подразумевать его способность быть непроницаемым для диффундирующих газов и паров. Это понятие не может быть абсолютным, так как не существует совершенно непроницаемых материалов. Когда мы говорим о вакуумноплотных материалах, то полагаем, что это материалы, позволяющие получать вакуум в устройствах, где они служат частью поверхности оболочки (например, стенки приборов, клеевые швы). Но, как было показано выше, допустимая величина проницаемости материала определяется несколькими факторами. Совершенно очевидно, что один и тот же материал в зависимости от соотношения между предельным давлением, скоростями откачки, натекания и десорбции газов может быть вакуумно- и невакуумноплотным. Значит, такое понятие относительно. Мы его будем использовать в данной работе редко, лишь отдавая дань сложившимся в научно-технической литературе традициям. [c.7] Коэффициент газопроницаемости снижается при переходе-от высокоэластичных каучукоподобных полимеров к жестким полимерам в результате увеличения межмолекулярного взаимодействия за счет ионных, водородных или ковалентных связей. Так, низкими значениями коэффициента газопроницаемости отличаются органические стекла, целлюлоза, белки. И, наоборот, линейные полиорганосилоксановые эластомеры имеют высокую проницаемость. [c.8] Зависимость газопроницаемости от структуры полимеров определяется величиной межмолекулярного взаимодействия и связанной с ней гибкостью цепных молекул, плотностью упаковки, степенью кристалличности полимера и другими факторами. Усиление межмолекулярного взаимодействия, образование поперечных связей между молекулами снижает гибкость цепных молекул, ограничивает их подвижность и тем самым способствует уменьшению проницаемости полимера. [c.8] Полимеры в кристаллическом состоянии обладают меньшей проницаемостью, чем в аморфном. При наличии обеих фаз в полимере газы диффундируют преимущественно через аморфную фазу,-а кристаллические участки малонроницаемы. [c.8] В аморфных полимерах различаются плотно упакованные образования, называемые надмолекулярными структурами. Это могут быть пачки, построенные из развернутых цепных молекул, или глобулы, образованные свернутыми цепями. В таких образованиях молекулы упакованы более плотно, чем в промежутках. Поэтому диффузия газов происходит в основном но границам надмолекулярных структур, через промежуточные участки. [c.8] Как известно, в чистом виде полимеры находят в технйке ограниченное применение. Гораздо чаще используются композиционные материалы, в которых свойства полимеров изменяются под влиянием различного рода наполнителей, пластификаторов, пигментов и т. д. В таких материалах, представляющих собой гетерогенные системы, происходят сложные процессы взаимодействия между отдельными компонентами, что, естественно, должно изменять и их газопроницаемость. [c.8] Рассмотрим влияние отдельных компонентов композиционных материалов на изменение их газопроницаемости. Как известно, пластификаторы вводят для уменьшения жесткости системы. Их назначение — повысить подвижность структурных элементов полимеров. Такое действие низкомолекулярного пластификатора обусловлено тем, что он уменьшает межмолекулярное взаимодействие в полимере. Но, как было показано, увеличение подвижности элементов молекул полимера и уменьшение взаимодеи-ствия между его цепями повышают газопроницаемость полимера. [c.8] Большую роль при этом играет форма частиц наполнителя. Так, в случае пластинчатой формы частиц, если они располагаются в основном перпендикулярно потоку газа, проницаемость материалов значительно снижается за счет увеличения геометрического пути молекул газа они вынуждены огибать частицы наполнителя [1]. [c.9] Немаловажным обстоятельством является и смачиваемость полимером поверхности частиц наполнителя. При плохой смачиваемости газы и пары могут легко проходить по границе раздела, т. е. газопроницаемость в этом случае повышается. Соответственно улучшение смачиваемости, повышение адгезии способствуют снижению газопроницаемости. [c.9] До сих пор мы рассматривали только чисто геометрическое влияние частиц наполнителя на газопроницаемость полимерной композиции, но значительно сильнее роль взаимодействия полимера с наполнителем. На поверхности частиц активного наполнителя сорбируются молекулы полимера. При этом за счет физической и химической сорбции гибкость цепных молекул полимера уменьшается и соответственно снижается и скорость переноса молекул газа. Действие частиц наполнителя распространяется не только на приповерхностный слой полимера. В сущности частицы некоторых наполнителей становятся центрами ориентации, узлами, вокруг которых упорядочивается надмолекулярная структура полимера, что приводит к снижению газопроницаемости. [c.9] При действии высоких температур в полимерах протекают конкурирующие реакции деструкции и структурирования. Причем реакция структурирования снижает газопроницаемость, а деструкция, наоборот, повышает. Присутствие активных наполнителей может, как известно, действовать двояко одни из них усиливают термо деструкцию, а другие действуют стабилизирующе. Например, белая сажа, вводимая в полиорганосилоксан, дополнительно структурирует полимер за счет химического взаимодействия с ним, что снижает проницаемость [2]. [c.9] Таким образом, для создания композиционных полимерных материалов, способных сохранять низкую газопроницаемость при воздействии высоких температур, необходимо стремиться к усилению межмолекулярного взаимодействия как между молекулами полимера, так и между поверхностью наполнителя и полимером. [c.9] Последнее обусловлено тем, что при прежнем уровне развития техники не было надобности в поиске теплостойких покрытий с низкой газопроницаемостью. Новый этап научно-технической революции выдвинул задачу создания новых материалов, к которым предъявлены жесткие требования. [c.10] Решая задачи создания материалов для вакуумной техники, мы считаем необходимым переместить газопроницаемость на первое место в ряду свойств этих материалов. Разрабатывая методику измерения этой характеристики для покрытий, мы опирались на опыт, накопленный при измерении газопроницаемости других материалов. [c.10] Известные методы определения газопроницаемости можно разделить на две группы — прямые и косвенные. В случае прямых методов непосредственно измеряется количество газа, прошедшего через полимерную мембрану. При этом прибор для определения газопроницаемости разделяется испытуемой полимерной мембраной на две камеры. В одну камеру подается пробный газ (газ, диффузия которого исследуется), в другой по изменению давления, объема, массы или концентрации газа производится определение количества газа, прошедшего через мембрану. [c.10] Эти методы освещены в монографии Рейтлингера (5]. Мы в своей работе использовали и развили манометрический метод. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть его подробнее. [c.10] Вернуться к основной статье