Studium mechanického chování tenkých polymerních vrstev

Ing. Petr Krátký

Doctoral thesis

Study of mechanical properties of thin polymer layers

Abstract:

Cílem předložené disertační práce je zjištění strukturální podstaty změny mechanických vlastností polymerních materiálů síťovaných ionizačním beta zářením pomocí vybraných zkoušek. V teoretické části jsou shrnuty základní dosavadní poznatky o polymerních materiálech se zaměřením na polyamidy a vlivu ionizační záření na jejich uspořádání. Konkrétněji jsou popsány tři vybrané materiály, a to polyamid 6, polyamid 6.6 a polyamid 11. Teoretická část se dále zaměřuje na popis jednotlivých zkoušek, které se využívají pro prověření strukturních změn materiálů a které byly použity v této práci. Mezi vybrané zkoušky patří stanovení obsahu gelu po radiačním síťování, spliting index (SI), infračervená spektroskopie (FTIR), širokoúhlá rentgenová difrakce (WAXS), selektivní leptání, skenovací elektronová mikroskopie (SEM), diferenciální kompenzační kalorimetrie (DSC), termogravimetrická analýza (TGA), stanovení hustoty a nasákavosti. Experimentální část vycházející z teoretické části se zaměřuje na zjištění vlivu modifikace na strukturu a vlastnosti vybraných polymerních materiálů. Pro ověření strukturních změn polyamidů byly použity výše zmíněné analýzy. Zkušební tělíska vyrobená z polyamidů metodou vstřikování byla následně ozářena beta zářením. Efekt beta záření na polyamidy s příměsí polyfunkčního monomeru byl pomocí stanovení obsahu gelu, spliting indexu a FTIR určen jako převážně síťující. WAXS, FTIR a DSC rozbory ukázaly, že v polyamidech nedochází ke změně typu krystalické fáze, pouze se snižuje kvalita a stupeň uspořádanosti řetězů. TGA křivky vykázaly v případě zesíťovaných vzorků mírné zvýšení teploty rozkladu, ale nižší odolnost vůči termodegradaci v porovnání s neozářenými vzorky. V případě PA 6 a PA 6.6 vytvořená síť významně lépe odolávala vůči působení leptacího činidla, jak ukázala metoda selektivního leptání a snímky ze SEM. Rychlost nasákavosti ovlivňující mechanické vlastnosti se stupněm ozáření rostla (PA 6). Modifikace do určité dávky radiačního ozáření výrazně zlepšila mechanické vlastnosti vybraných materiálů, mezi které patří modul pružnosti, creepového chování a tvrdost.

Abstract:

The aim of this dissertation is to determine the structural character of changes in mechanical properties of polymeric materials bound by ionizing beta radiation using selected tests. The theoretical part summarizes the basic knowledge about polymeric materials with focus on polyamides and the influence of ionizing radiation on their arrangement. More specifically, three selected materials are described. They are polyamide 6, polyamide 6.6 and polyamide 11. The theoretical part also focuses on the description of the individual tests that are used to examine the structural changes of materials and which have been used in this work. Selected tests include determination of gel content after radiation crosslinking, splitting index (SI), Infrared spectroscopy (FTIR), wide angle X ? Ray diffraction (WAXS), selective etching, scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), density and water absorption. The experimental part, based on the theoretical part, focuses on the identification of the influence of the modification on the structure and properties of selected polymeric materials. The analyses mentioned above were used to verify the structural changes of polyamides. Samples made of polyamides by injection method were subsequently irradiated with beta radiation. The beta irradiation effect on polyamides with aditive of polyfunctional monomer has been predominantly cross-linking as determined by gel content, splitting index and FTIR. WAXS, FTIR and DSC analyses prooved that the polyamide did not change the type of crystalline phase, only the quality and degree of chain ordeliness was reduced. TGA curves showed a slight increase in decomposition temperature in the case of cross-linked samples, but less resistance to thermal decomposition than non-irradiated specimens. In the case of PA 6 and PA 6.6, the network formed significantly better resisted to the etching agent, as demonstrated by the selective etching and SEM images. The rate of absorption affecting mechanical properties with the degree of irradiation increased (PA 6). The modification to a certain radiation dose significantly improved the mechanical properties of the selected materials, including the modulus of elasticity, creep behaviour and hardness.

Keywords

Polyamid 11, Polyamid 6, Polyamid 6.6, mechanické vlastnosti, instrumentovaná zkouška mikrotvrdosti (DSI), povrchová vrstva, radiační síťování, WAXS, DSC, SEM, TGA, SI, FTIR.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 7. 2018

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Martina Hřibová, Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Process Engineering / Tools and Processes