Polimer kompozitlar va nanotizimlar

10-Маъруза
POLIMER KOMPOZITLAR VA NANOTIZIMLAR
Режа:
10.1. Polimer kompozitlar va ularning fizik xossalari
10.2. Polimer nanotizimlar va ularning fizik xossalari
10.3. Polimer nanotolalar shakllantirishning elektrospinning usuli
10.4. Mahalliy polimerlar asosida nanotolalar shakllantirilishi

Umuman olganda polimer kompozitlar va nanotizimlar maxsus fizik xossalarga va tavsiflarga ega bo’gan materiallardir. Ularning xossalarini bevosuta materiallarni shakllantirish sharoiti va tarkibini tanlash hamda maxsus fizik modifikatsiyalarnin amalga oshirish orqali boshqarish mumkin. Hozirgi zamon texnikasi va materialshunoslik texnologiyalarining istiqbollari ko’p jihatdan polimer materiallarni, ayniqsa, kompozitsion polimer materiallar va nanotuzilishni rivojlanishiga bo’lg’liqdir. Bunday materiallarning yaratilishi va qo’llanishida polimer kompozitlar va nanotizimlar fizikasini o’rni beqiyos bo’lib, ularni amalga oshirishda umumiy va asosiy qonuniyatlarni o’rganish o’ta muhimdir.

10.1. Polimer kompozitlar va ularning fizik xossalari

Polmer kompozitlar (composito – lotincha tuzish, bog’lanish degan ma’noni anglatadi), ya’ni kompozitsion materiallar asosan kamida ikki komponentli qattiq fazali tizimlar bo’lib, ularda komponentlar biri matritsiya deyiladi, qolganlari umumiy holda to’ldiruvchlar hisoblanadi. Polimer kompozitlarda hich bo’lmaganda bitta komponent polimer bo’lishi kerak. Agar polimer matritsiya bolsa, u uzluksiz faza hosil qiladi va uning hajmida to’ldiruvchi taqsimlangan bo’ladi. Bunda polimer matritsa va to’ldiruvchi o’rtasida yaqqol fazaviy chegara shakllangan bo’ladi. Odatda, to’ldiruvchilarni quyi molekulyar birikmalar va ular asosidagi turli tuzilish, shakl, o’lshamlar va xossalarga ega bo’lgan elementlarda iborat boladi. To’ldiruvchilar kompozitning xossasini o’zgartirish maqsadlarida qo’shiladi, ko’p hollarda to’ldiruvchilar plastifikator, armirlovchi, appetlar kabi bir qator funksiyalarni bajaradi. To’ldiruvchining qattiq fazali bo’lishi shart emas. Polimer matritsiyani gaz yoki suyuqlik bilan to’ldirib kompozitlar hosil qilish mumkin. Masalan, gaz bilan to’ldirish asosida penoplastlar olinadi. Suyuq fazali to’ldiruvchilarni qo’shishda, umuman olganda kompozitlarni olinishida komponentlarni to’liq aralashtirilishi muhim hisoblanadi.
Polimer kompozitlar olinishi aslida 5000 yil oldin qadimgi Vavilonda boshlangan deb hisoblandi. Unda polimer asosli smolaga tolasimon (troctniklar) to’ldiruvchilar qo’shib armirlangan qurilish materiallari yaratilgan.
Armirlash – yuqori mustahkamlikka ega polimer materiallar olishda muhim boshqich hisoblanadi. Odatda yuqori mustahkamlikka ega materillar anizotropik xossali bo’ladi va bunday xossalarga erishish uchun polimer matritsiya hajmiga anizotropik “apmirlovchi” to’ldiruvchi qo’shiladi. Masalan, biologik ob’ektlarda mexanik ishlarni bajaruvchi barcha to’qimalar (terilar, suyuklar, muskullar va boshqalar) anizotropik armirlangan tizimlar bo’ladi. Boshqa tabiiy armirlangan tizimlarga yog’ochlar misol bo’ladi, ularda tolasimon tuzilmalar anizotropik xossalarni namoyon qiladi. Bir so’z bilan aytganda armirlash kompozitlarga yuqori mexanik xossalarni beradi. Bunday armirlovchi tizimlar sifatida odatda yupqa yoqori mustahkamlikka ega tolalar, jumladan, shisha, bor va grafit tolalar qo’llanadi. Polimer matritsiya bunday kompozitlarda elastiklikni ta’minlaydi. Bunda ikki jihat muhim hisoblanadi:

• 
  polimer hajmida to’ldiruvchi tolalarning joylashishini regulyarligi;
  
• 
  polimer va tola o’rtasidagi o’zaro ta’sirlashishlar – adgeziya.
  

Polimer kompozitlarga quyiladigan talablardan biri ularning issiqlikka chidamliligini oshirishdir. Bunda uchta jihat muhim deb e’tirof etiladi:

• 
  armirlovchi to’ldiruvchining tabiati issiqlikka chidamlilikni oshiradi. Masalan, shisha tolalar 840 ^oC gacha, bor tola 2300 ^oC gacha oshiradi;
  
• 
  armirlovchining yuqori issiqlik o’tkazuvchanligi yutilayotgan issiqlikni nisbatan teks taqsimlanishini asosida issiqlikka chidamlilikni ta’minlaydi;
  
• 
  makromolekulalararo bog’larni issiqlik ta’sirida qayta tiklanishi va to’ldiruvchi sirtida kimyoviy tikilishi issiqlikka chidamlilikni oshiradi.
  

Kompozitlarga nisbatan yana bir talab, ularning zichligini kichik bo’lishiga erishishdir. Polimer kompozitlar zichlik 1,2 ÷ 1,9 gacha pasayadi va bu hol metal qotishmalarnikiga qaraganda 1,5 ÷ 3 matra kichikdir. Bunga erishish polimer kompozitlarning niyoyatda yengil bo’lishiga va davriy deformatsiyon o’zgarishlarga metallarga nisbatan bir necha marta yuqori darajada chidamli bo’lishini ta’minlaydi.
Polimer kompozitlar quyidagi jihatlari bilan boshqa materiallar farqlanadi:

• 
  kichik issiqlik o’tkazuvchanligi;
  
• 
  issiqlik sig’imini kattaligi;
  
• 
  siljish kuchlanishining katta miqdorini ushlab turish qobiliyati;
  
• 
  qizdirilganda gazsimon mahsulotlarni ajralish qobiliyati;
  
• 
  materialni qisman termik parchalanganda sirtida ko’mirsimon mahsulotni hosil qilish qobiliyati (10.1-jadval).
  

10.1-jadval. Turli materiallarning issiqlik o’tkazuvchanligi va termik kuchlanishi