Введение к работе
Актуальность работы
Анализ технических требований к изделиям авиационной и космической техники показывает'растущую потребность в пленках и листах, обладающих сочетанием новых свойств, таких как: высокая прочность и термоустойчивость (вплоть до ЗО0-350С на воздухе), малая плотность, химическая стойкость, высокие антифрикционные свойства, а также трещиностойкость в условиях высокоскоростных ударных нагрузок. Таким требованиям удовлетворяют лишь некоторые составы многослойных пленок, к которым можно отнести пленки из полипиромелитимида (типа ПМ-1), полиимид-фторопластовые пленки (типа ПМФ). В авиационной технике существует потребность в толстых пленках и листах, обладающих свойствами ПМ-1 и фторопласта. Однако достичь указанного сочетания заданных свойств в толстых пленках (толщиной до 500 мкм) и листах (толщиной до 1-3 мм) практически невозможно. Так, например, полиимидные пленки не могут быть получены традиционными методами толще 100-120 мкм. Толстые пленки и многослойные листы из термопластичных полимеров могут быть получены по технологии, разработанной в НПО «Наука» (работы Ефремова Н.Ф. с сотр.) и названной авторами "технология полиплексных пленочных материалов". В ее основе лежит принцип получения толстых пленок и листов путем прочного соединения сваркой множества тонких пленок посредством плавких прослоек. В частности, тонкие неориентированные пленки ПМФ могут быть соединены путем сварки через плавкий слой фторопласта. Однако, современная промышленность заинтересована в получении листов со значительно большей прочностью и модулем упругости, что позволяет получать полиплексная технология.
Решить данную проблему можно путем замены неориентированных пленок полиимида на высокоорйентированные (и соответственно высокопрочные). Одной из серьезных проблем реализации этой идеи является сохранение исходной ориентированной структуры этих пленок в процессе получения многослойных листов требуемой толщины. Решению этой актуальной проблемы и посвящена предлагаемая работа.
Цель и задачи работы
Целью работы являлась разработка технологии получения многослойных полиимид-фторопластовых листовых материалов и изделий с повышенными механическими характеристиками при сохранении достигнутого для полиимида и фторопласта уровня других функциональных свойств.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
исследовать влияние ориентационных процессов на изменение структуры и свойств пленок на основе жесткоцепных полимеров (полиимидов) и оптимизировать условия получения одноосно ориентированных полиимид-ных пленок со структурой, устойчивой к воздействию параметров последующей их монолитизации;
исследовать влияние технологических параметров монолитизации на степень сохранения ориентации исходных пленок, на свойства и структуру многослойных листов;
исследовать влияние конструкции пакетов (количества и схемы чередования) ориентированных и изотропных исходных пленок различного состава на свойства и структуру получаемого листового материала;
разработать технологию получения многослойных листов требуемой толщины из ориентированных пленок и обосновать режимы их получения.
Научная новизна работы
Впервые научно обоснована технология получения высокопрочных термоустойчивых многослойных (с толщиной до 0,5-3 мм) листовых материалов и изделий, позволяющая сохранять высоко ориентированную структуру исходных пленок, например, на основе жесткоцепного полимера - полиимида, с использованием фторопластовых плавких промежуточных слоев.
Установлена взаимосвязь степени ориентации молекулярных цепей жесткоцепного полимера в полиимидной пленке и уровня остаточных термических напряжений, возникающих в процессе получения листовых материалов. Показано, что возникающие термические напряжения с увеличением, степени ориентации макромолекул полиимида в исходной пленке (т.е. степени вытяжки "X" пленки) проходят через максимум (при X = 1,5 -1,7) в результате большей скорости снижения коэффициента термического расширения, чем возрастания модуля упругости в направлении ориентации.
Подтвержден эффект "взаимного блокирования дефектов" составляющих лист пленочных слоев при увеличении их количества, т.е. залечивание дефектов одного слоя бездефектными участками другого слоя и некоторой релаксации перенапряженных цепей молекул полиимида в средних слоях пленок в результате возможного их "проскальзывания" по фторопластовому слою.
Установлено влияние толщины слоя фторопласта на полиимидной пленке на изменение сопротивления расслаиванию листов.
Показан значительный вклад деформационной составляющей в суммарное значение сопротивления расслаиванию листов в зависимости от пер-
воначальной толщины фторопластового слоя и степени исходной вытяжки полиимид-фторопластовых пленок.
Предложено эмпирическое соотношение между прочностью при растяжении и сопротивлением расслаиванию (межслоевой прочностью) листов, позволяющее оценить степень реализации исходных свойств составляющих лист пленок.
Практическая значимость работы
На примере использования полиимид-фторопластовых ориентированных пленок типа ПМФ разработана технология и определены оптимальные технологические параметры и схемы получения многослойных листовых материалов и изделий (с толщиной до1-3 мм), обладающих повышенным уровнем механических характеристик.
Определено оптимальное количество промежуточного фторопластового слоя, обеспечивающего достаточную межслоевую прочность листового материала. Определены технологические параметры ориентации исходных полиимид-фторопластовых пленок.
Новая технология преложена для получения корпусных деталей летательных аппаратов, уплотнительных элементов и т.п. Прогнозируется использование листов с повышенной прочностью в качестве мембран измерительной аппаратуры.
Апробация работы
Основные положения работы доложены на XXII - XXV научно-технических конференциях в рамках «Гагаринские чтения» (1996-1999 гг.), Всероссийской НТК "НТМ-98" (Москва, 1998 г.) По материалам диссертации опубликованы две печатные работы и четыре тезиса докладов.
Публикации
По материалам диссертации опубликованы две печатные работы и пять тезисов докладов.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 3-х глав, общих выводов, списка литературы и содержит 120 страниц машинописного текста, включает 45 рисунков и 5 таблиц.
