Метод измерения параметров структуры наполненных полимеров с использованием текстурного анализа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

Бортников Анатолий Юрьевич

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРЫ НАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕКСТУРНОГО АНАЛИЗА

Специальность 01 04 01 - приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

003445850

Барнаул-2008

003445850

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Алтайский государственный университет»

Научный руководитель. доктор физико-математических наук,

профессор Минакова Наталья Николаевна

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор Сагалаков Анатолий Михайлович

доктор физико-математических наук, профессор Климкин Виктор Федорович

Ведущая организация. ГОУ ВПО «Томский политехнический

университет»

Защита состоится 3 июля 2008 г. в 14 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 005 03 в Алтайском государственном университете по адресу 656049 г. Барнаул, пр Ленина 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного университета

Автореферат разослан «2» июня 2008 г

Ученый секретарь '

диссертационного совета х с" с*- ( J Рудер Д Д

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Исследования и разработки резистивных композиционных материалов ведутся непрерывно, так как постоянно ужесточаются и усложняются условия их работы в конструкциях В качестве резистивных успешно применяются дисперсно - наполненные полимерные композиционные материалы благодаря удачному сочетанию приемлемых электрофизических характеристик с возможностью изготовления изделий разнообразных форм и конструкций при экономически оправданных затратах Использование дисперсного наполнителя (например, технического углерода), обладающего склонностью к агломерированию, которая обеспечивает хорошую воспроизводимость свойств из-за образования развитой сетчатой структуры. Современные методы подбора рецептуры, в том числе модификацией поверхности агломерированного наполнителя, позволяют создавать высокоомные материалы со стабильной величиной объемного электрического сопротивления при внешних воздействиях

Повышению эффективности работ по созданию новых материалов препятствует недостаточное развитие методов измерения параметров структуры, способных оценивать значимые для практического использования свойства Традиционные прямые методы изучения структуры во многих случаях практически не работают Присутствие агломерированного наполнителя делает внешне схожими микрофотографии материалов, имеющих значительную разницу в величине объемного электрического сопротивления [1] Применение модифицированного агломерированного наполнителя практически не отражается на топологии структуры, значительно влияя на свойства

Имеющийся инструментарий для изучения структуры неоднородных материалов, особенно допускающих количественную оценку, разработан далеко не в полной мере Практически отсутствуют методы измерения параметров структуры, работающие для материалов со слабо различающейся топологией структуры В связи с этим является актуальным разработка новых методов измерения параметров структуры для полимерных композиционных материалов с агломерированным наполнителем

Цели и задачи работы

Основной целью является разработка метода измерения параметров структуры при регулировании свойств наполненных полимеров в условиях постоянной концентрации агломерированного компонента

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Применить текстурный подход и фрактальную геометрию для разработки метода измерения параметров структуры наполненных полимеров, в том числе и при высоком содержании агломерированного наполнителя.

2 Разработать автоматизированный программный комплекс для измерения параметров структуры и обработки результатов в рамках предложенного метода.

3 Апробировать разработанный метод, применив его для измерения параметров структуры, связанных с величиной объемного электрического сопротивления

Научная новизна диссертационной работы.

1. Разработан метод измерения параметров структуры наполненных полимеров, основанный на совместном использовании текстурного подхода и фрактальной геометрии Метод позволяет повысить чувствительность прямых методов исследования структуры в условиях высокой концентрации дисперсного наполнителя

2 Развита модель диффузионно-ограниченной агрегации, позволяющая на базе разработанного метода количественно описывать структуру при регулируемых характеристиках процесса агломерации-деагломерации частиц и вязкости расплава полимерной матрицы На базе предложенного метода и усовершенствованной модели диффузно-ограниченной агрегации разработан виртуальный прибор для измерения геометрических характеристик структур

3 Предложена методика оценки стабильности величины объемного электрического сопротивления резистивных полимерных материалов с дисперсным наполнителем при внешних воздействиях, основанная на соотношении параметров разветвленности и равномерности распределения межфазных границ.

Практическая значимость диссертационной работы

Предложенный в работе метод позволяет изучать связи между структурой и свойствами, объяснять результаты экспериментальных исследований по воздействию внешней среды на резистивные композиционные материалы с агломерированными компонентами, в том числе и в условиях высокой концентрации дисперсного наполнителя

Автоматизированный вычислительный комплекс, созданный на базе метода, может быть использован в качестве инструмента для оценки стабильности структур при изменении внешних условий, апробации эффективности предлагаемых приемов получения новых материалов, в том числе и путем направленного изменения свойств поверхности наполнителя

Предложенный алгоритм классификации по спектру фрактальных размерностей позволяет разрабатывать материал под заданную область применения

На защиту выносятся:

1 Метод измерения параметров структуры наполненных полимеров, использующий текстурный анализ для выделения границ раздела «наполнитель-матрица» и мультифрактальную параметризацию для последующей количественной оценки топологии межфазных границ

2 Виртуальный прибор на базе модели диффузионно-ограниченной агрегации, в которую введены дополнительные параметры вероятность прилипания частиц и время формирования структуры

3 Методика оценки стабильности удельного электрического сопротивления наполненных полимеров к внешним воздействиям, основанная на сравнительной оценке показателя разветвленности межфазных границ и мультифрактального параметра однородности распределения границ по объему материала /40.

4 Алгоритм классификации наполненных полимеров по мультифрактальным спектрам, основанный на методах многомерного анализа

Достоверность и обоснованность результатов

Достоверность и обоснованность результатов исследования достигается физической обоснованностью поставленных задач, логической взаимосвязью полученных результатов, объемом экспериментальных данных, применением статистических методов обработки экспериментальных данных и их корреляционного анализа, согласием расчетных и экспериментальных характеристик

Личный вклад автора диссертационной работы

Диссертационная работа является полностью самостоятельной работой автора и написана по результатам исследований, выполненных лично автором, либо при его непосредственном участии

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были представлены на 11 научных конференциях, в том числе на 3 международных конференциях, а именно.

1 IX Международная школа-семинар "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах", 9-12 октября, 2006 г Барнаул, АлтГТУ

2 XXXIII научная конференция студентов, магистрантов и аспирантов,

2006 апрель, г. Барнаул.

3. VI Всероссийской школы-семинара "Новые материалы. Создание, структура, свойства-2006" с международным участием 13-15 июня 2006. г. Томск, ТПУ

4 III Всероссийская научная конференция "Физико - химия процессов переработки полимеров - 2006", 10 - 12 октября 2006. г Иваново

5 Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука Технологии Инновации" (НТИ-2006) 7-10 декабря 2006. г. Новосибирск НГТУ

6. XIII международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых "Современные техника и технологии" 26-30 марта

2007 г, г. Томск ТПУ

7 XXXIV научная конференция студентов, магистрантов и аспирантов апрель, 2007 г. Барнаул

8 VII Всероссийская школа-семинар с международным участием "Новые материалы Создание, структура, свойства-2007", 13-15 июня 2007 г.Томск

9 8-я международная конференция "распознавание образов и анализ изображений новые информационные технологии", 7-13 октября 2007 г. Йошкар-Ола

10 XXXV научная конференция студентов, магистрантов и аспирантов апрель, 2008. г. Барнаул

11 XIV Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ 2008», 2428 марта 2008 г., г Томск

Публикации

По результатам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе 4 работы опубликованы в журналах по перечню ВАК

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, четырех глав и выводов Материал изложен на 135 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков и 17 таблиц Список литературы содержит 116 наименований

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована ее цель, основные положения, выносимые на защиту, изложена научная новизна и практическая значимость работы, приведены сведения о достоверности полученных результатов, данные об апробации работы Кратко изложено содержание работы по главам

Первая глава посвящена анализу современного состояния методов исследования структурно-неоднородных материалов

Описаны методы компьютерного моделирования, позволяющие установить основные закономерности формирования свойств резистивных полимерных композиционных материалов Выявлено, что при компьютерном имитационном моделировании структуры практически невозможно учесть многие физические эффекты, связанные с влиянием межфазного взаимодействия между наполнителем и полимерной матрицей Существующие модели также далеко не в полной мере способны отображать изменения в структуре при регулировании степени агломерации дисперсного наполнителя

Рассмотрены современные методы изучения структуры по микрофотографиям Установлено, что основное внимание в литературе уделено качественным оценкам изображения структуры Количественные оценки применяются значительно реже Показано, что существующие методы количественных оценок изображений структур построены в основном на фрактальном анализе В качестве объекта исследования рассматриваются материалы при регулировании объемного электрического сопротивления за счет изменения концентрации наполнителя

В литературе не обнаружено методов количественного анализа структуры дисперсно-наполненных полимерных композитов в условиях регулирования объемного сопротивления модификацией поверхности наполнителя при его постоянной концентрации Практически отсутствуют методы и модели, предназначенные для исследования поведения агломерированного наполнителя в композиционном материале.

Сделан вывод о том, что разработка методов исследования структуры, допускающих количественную оценку, как при традиционных, так и при современных (например, модификацией поверхности наполнителя) способах регулирования объемного электрического сопротивления является актуальной задачей.

Глава завершается формулированием цели и постановкой задач диссертационной работы

Вторая глава начинается с физического обоснования метода измерения параметров структуры резистивных полимерных композиционных материалов с агломерированным наполнителем (дисперсно-наполненных полимеров) Показано, что в условиях регулирования величины объемного электрического сопротивления при постоянной концентрации наполнителя (видом матрицы и наполнителя, модификацией поверхности наполнителя) наиболее информативной подструктурой на изображении является контур межфазных границ «матрица - наполнитель».

Выбраны объекты исследования - наполненные техническим углеродом каучуки, которым присущ ряд важных достоинств относительная простота промышленной технологии переработки, антикоррозионная стойкость, возможность переработки в изделия сложной формы и т д

К изображениям структуры высоконаполненных полимеров был применен текстурный и фрактальный подход Экспериментально установлено, что использование либо текстурного, либо фрактального анализов для выделения контура межфазных границ «матрица -наполнитель» и их численного описания не позволяет выявить по микрофотографиям различий по величине объемного электрического сопротивления.

Описывается предлагаемый метод, в основу которого положена текстурная обработка и фрактальная параметризации изображений Метод включает обработку изображений в градациях серого специально подобранным текстурный признаком Апробировались текстурные

(1)

признаки: ширина автокорреляционной функции TXj.k) и текстурные признаки, основанные на гистограмме совместного распределения яркости второго порядка, ВЕ и ВА- Положительные результаты получены с помощью ВА (рис. 1), который вычисляется как автокорреляция гистограммы совместного распределения яркости по формуле:

ВА=^аЬР(а,Ь)

а=] ¿=1

где a, h - заданные значения яркости; L - количество градаций оттенков серого цвета на изображении; Р(а, Ь) — гистограмма совместного распределения яркостей второго порядка. Она определяется по следующей формуле:

N(a,b)

—¿Г V)

где N(a,b) - число случаев, когда F(j,k)=a и F(m,n)=b; F(j,k) и F(m,n) -значения яркостей пикселей с координатами (J,k) и (m, и); M - число пикселей в сегменте.

Р(а,Ь)-

Рис. 1. Макроструктура наполненного полимера (Бутадиен-метилстирольный каучук, техуглерод марки ПМ-100,40 весовых частей): а - исходное изображение [2]; б - обработанное с помощью текстурного признака ВА на фото

Для количественной оценки структур дисперснонаполненных полимерных материалов была использована фрактальная параметризация. После текстурной обработки изображения переводились в черно-белый формат. Вычислялись обобщенные фрактальные размерности Реньи:

~q л 11111 t

q -1 г->0 Infi

где р, - вероятность найти точку фрактала в /-той ячейке, г - размер ячеек покрывающей сетки; q - порядок размерности <7 = 0, ±1, ±2, ±3, .., -00, N - количество точек, образующих фрактал.

Таким образом, с помощью подобранного текстурного признака ВА выделяются границы областей наполнителя с разной плотностью упаковки независимо от угла расположения границы. Фрактальный анализ позволяет учесть даже незначительные изменения «степени изрезанности» границ раздела «наполнитель - матрица»

Было замечено, что в выражении для информационной размерности D{ (формула 4) при q = 1, возникает неопределенность. После раскрытия неопределенности выражение для Dx примет следующий вид-

N(e)

I P.lnp,

А = lim -

£-+0 те (4)

где р, = . вероятность найти в i-той ячейке точку фрактала; q -

Af-Mo N

порядок размерности, N - количество точек, образующих фрактал, п,{£) -кол-во точек фрактала в /-ой ячейке;

Установлено, что при постоянном шаге покрывающей квадратной сетки s для разных материалов, значения числителя дроби монотонно изменяются в соответствии с величиной объемного электрического сопротивления При вычислении фрактальной размерности Dx оказалось, что для выбранных объектов исследования меняется и угол наклона прямой и вертикальное смещение прямой Значение вертикального смещения прямой обозначено как Dib На рис 2 приведены результаты измерений по микрофотографиям наполненных полимеров, структуры которых слабо различаются визуально.

12-

11-

10-

£

(Г Ч-

и

8-

7-

6-

0,0

• 3 Ом'м -»— 0,5 0н*н

0,0094 Ои'м А 0,003 Ом*м

♦ Ж

т

0,5

1,0 |П Е

1 5

2,0

Рис 2 График зависимости значения числителя дроби (формула 4) от шага покрывающей квадратной сетки

Полученные данные позволяют считать, что фрактальный параметр может быть предложен в качестве параметра, который отражает структурные элементы, отвечающие за формирование величины объемного электрического сопротивления материала.

Достоверность метода проверялась далее на модельных и реальных структурах Предложенный параметр Б^ сравнивался по общеизвестным закономерностям изменения величины объемного электрического сопротивления от количественного и качественного состава наполненных полимеров.

Для оценки чувствительности разработанного метода к изменениям структуры за счет характеристик дисперсного наполнителя исследовались изображения, полученные при компьютерном моделировании процессов агрегации частиц В модели диффузионно-ограниченной агрегации «частица-кластер» формирование агрегатов происходит на двухмерной прямоугольной решетке В отличие от стандартной модели предусматривалась возможность не только агломерации, но деагломерации частиц с разной вероятностью. Регулированием времени формирования структуры моделировалось изменение вязкости полимерной матрицы Модельные изображения обрабатывались с

помощью классического фрактального анализа и по предложенному методу На рис. 3 представлен график зависимости фрактальной размерности и параметра Бы от вероятности прилипания частиц.

Вероятность прилипания частиц, %

Рис 3 График зависимости фрактальной размерности и параметра Дц от вероятности прилипания частиц к агрегату. Объемная концентрация

частиц 30%.

Установлено, что классическая фрактальная размерность различает структуры при невысокой вероятности прилипания частиц (до 30 %), в то время как предложенный параметр И1Ь способен различить структуры в более широком диапазоне изменения вероятности прилипания частиц. Сделан вывод о том, что предложенный метод измерения параметров позволяет выявлять изменения в структуре при регулировании степени агломерации дисперсного наполнителя.

В третьей главе описан вычислительный комплекс, позволяющий автоматизировать процесс измерений параметров структуры и обработки полученных результатов, разработанные в рамках выполнения поставленных задач.

Разработанный вычислительный комплекс позволяет измерять параметры предложенным методом, а также традиционными текстурным и фрактальным методами Его передняя панель представлена на рис. 4.

Рис. 4. Передняя панель программного комплекса обработки микрофотографий.

Программный комплекс дает возможность обрабатывать микрофотографии с просвечивающего электронного микроскопа и сканирующего электронного микроскопов; выбирать структурную подсистему для обработки (агрегаты наполнителя, полимерная матрица или межфазные границы); выполнять пакетную обработку графических файлов по заданному алгоритму; переносить результаты измерения параметров структуры в другие программы для решения прикладных задач и т.д. Файл отчета формирует в формате HTML. В нем указывается подструктура, которая выделяется на изображении, приводится таблица со значениями основных параметров структуры и графики мультифрактальных спектров.

В рассматриваемых объектах исследования агрегация частиц во многом определяет структуру и свойства композиционных материалов. Режим ее протекания зависит от характера поверхности частиц и значительно влияет на структурную организацию наполнителя в матрице, особенности упаковки и т.д. Поэтому на базе модели, разработанной выше для оценки чувствительности предлагаемого метода (глава 2), был разработан виртуальный прибор для генерации и исследования модельных структур. Он позволяет измерять параметры модельных структур при регулировании составляющих процесса агломерации - деагломерации высокодисперсного наполнителя. Передняя панель виртуального прибора представлена на рис. 5.

1

! |

Рис. 5. Передняя панель виртуального прибора.

С помощью виртуального прибора изучалась зависимость предложенного в работе параметра 01Ь от входных параметров модели (объемной концентрации свободных частиц, вероятности прилипания частиц и т.д.). На рис. 6 в качестве примера приведены результаты сравнения влияния концентрации свободных частиц и вероятности

прилипания на параметр .

Рис. 6. Зависимость значения параметра от концентрации и вероятности прилипания свободных частиц.

В главе описан алгоритм классификации полимерных композитов по изображениям их макроструктуры, основанный на использовании методов многомерного анализа. Классификация проводится, опираясь на мультифрактальные спектры контура межфазных границ. Мультифрактальные спектры вычисляются по формуле (3) при целых значениях д в диапазоне от - 40 до 40. Были опробованы несколько методов: метод главных компонент, метод линейной регрессии, метод проекции на латентные структуры и т.д. Для классификации был выбран метод проекции на латентные структуры. Предложенный алгоритм позволил разделить на группы выбранные объекты исследования, несмотря на различие анализируемых материалов только по модификации поверхности наполнителя. Погрешность классификации не превышала 10%.

В работе показано, что классификация материалов по макроструктуре дает возможность решения ряда практических задач, например, сравнительной оценки нового материала с уже созданными композициями по комплексу электрофизических свойств.

В четвертой главе диссертационной работы приведены результаты апробации разработанного метода измерения параметров структуры для выбранных объектов исследования. Предложенный выше параметр 01Ь измерялся для материалов, у которых объемное электрическое сопротивление регулировалось широко распространенными приемами: концентрация дисперсного наполнителя, марка полимерной матрицы, марка технического углерода. Экспериментально

подтверждено, что структурный параметр £>16 отражает величину объемного электрического сопротивления. На рис. 7 в качестве примера показаны результаты измерения для материалов, различающихся маркой наполнителя.

Рис. 7. Структурные параметры и удельное сопротивление наполненных полимеров

Работоспособность параметр В\ь проверялась на материалах, у которых величина объемного электрического сопротивления регулировалась одним из современных способов - предварительной модификацией поверхность наполнителя. Экспериментальные исследования показывают, что регулирование структуры в этом случае происходит за счет совместного влияния эффектов межфазного взаимодействия и агломерирования - деагломерирования. При их действии на плоскостном срезе макроструктуры топология меняется незначительно.

Изучались материалы на основе бутилкаучука. Модификация поверхности технического углерода выполнялась экстракцией растворителями, прокаливанием в окислительной и инертной средах, нанесением на поверхность органических соединений. Концентрация наполнителя составляла 80 весовых частей техуглерода на 100 весовых частей полимера. Полученные результаты приведены на рис. 8. Установлено, что параметр В\Ь следует за величиной объемного сопротивления: при увеличении объемного электрического сопротивления он уменьшается.

100- ,,2

г 95°

90- "1и4 1|5

85---1 --г--<-1-•-1-■-1-•

О 2 4 6 8 10

Ру Ом'м

Рис 8 Закономерность изменения геометрических параметров структуры при возрастании величины удельного объемного электрического сопротивления (модификации 1 - окисление, 2 -нанесение углеводородов и термообработка, 3 - обработка ацетонитрилом, 4 - ^модифицированный, 5 - обработка ацетоном)

Предложенный в рамках метода параметр межфазных границ позволяет выделить структурные элементы, определяющие электропроводность резистивного композиционного материала, и при использовании в материале модифицированного наполнителя

Разработанный метод применен для оценки стабильности объемного электрического сопротивления наполненных полимеров при внешних воздействиях (повышенной температуре, сжимающей механической нагрузке, набухании в среде трансформаторного масла) В результате сопоставления данных экспериментов по стабильности материалов при воздействии внешних эксплуатационных факторов и обработки мультифрактальных спектров исследуемых структур выявлен

общий параметр Ло (равномерность распределения фрактального множества межфазных границ), который отражает стабильность структуры (рис. 9)

На основе изучения соотношения мультифрактапьного параметра равномерности распределения границ /40 и параметра разветвленности структуры й\Ь показана возможность оценки интенсивности межфазного взаимодействия и стабильности структуры и свойств дисперснонаполненных полимерных композиционных материалов с

углеродным наполнителем. На этой базе предложена методика сравнительной оценки стабильности величины объемного электрического сопротивления резистивных полимерных материалов с дисперсным наполнителем при внешних воздействиях

§. 10

I 5

£ 4

2-

ёТ'8

фэМ

1,

* 1

* МО агрегатов о НО границ а 01Ь ф«ниц

*5

ткс

Рис 9 Закономерность изменения геометрических параметров структуры при возрастании величины температурного коэффициента сопротивления (ТКС, 1/°С).

Проведенные эксперименты подтвердили, что разработанный метод позволяет измерять параметры структуры, отражающие величину объемного электрического сопротивления и его стабильность при внешних воздействиях, как при традиционных, так и современных способах регулирования свойств наполненных полимеров

В заключении кратко сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы

Основные результаты и выводы

1 Разработан метод измерения параметров структуры наполненных полимеров, основанный на совместном использовании текстурного подхода и фрактальной геометрии Метод может быть использован для резистивных полимерных композиционных материалов, в том числе и высоконаполненных с агломерированными компонентами

2. Разработана методика оценки величины удельного объемного электрического сопротивления и его стабильности при внешних

воздействиях путем сравнения результатов измерений мультиф-рактальных параметров изображений структур

3 На базе предложенного метода и усовершенствованной модели диффузно-ограниченной агрегации разработан виртуальный прибор для измерения геометрических характеристик структур при задаваемых количественных параметрах агломерированного наполнителя. Прибор апробирован для изучения процессов агломерации высокодисперсного наполнителя по фрактальным характеристикам модельных структур.

4 Создан вычислительный комплекс, позволяющий в автоматическом режиме измерять текстурные и фрактальные параметры, обрабатывать и выдавать результаты измерений по запросу пользователя Комплекс дает возможность выполнять исследования структур полимерных композитов по заданному алгоритму, изучать различные подсистемы (наполнитель, матрица, граница раздела «наполнитель- матрица»)

5. Предложена и реализована автоматизированная классификация резистивных композиционных материалов по мультифракталь-ным характеристикам их структуры, которая опирается на методы многомерного анализа

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

работах

1. Минакова Н Н, Бортников А.Ю. Моделирование макроструктуры дисперсно-наполненных систем с учетом их детерминированно-стохастической природы II Известия вузов Физика - 2005. № 11 С. 48 -53

2. Минакова Н Н , Бортников А Ю Влияние углеродного наполнителя на стабильность электропроводности наполненных полимеров при контакте с жидкими средами // Известия Томского политехнического университета — 2006 - Т. 309, № 1, С 125 - 129

3 Бортников А Ю, Минакова Н Н Текстурно-фрактальный анализ микроскопических срезов образцов композиционных материалов, наполненных техническим углеродом // Известия Томского политехнического университета. - 2006. - Т. 309, № 6 - С. 64 - 67.

4. Бортников А.Ю., Минакова Н Н. Анализ структуры электропроводящих полимеров с агломерированными наполнителями // Известия ВУЗов Физика - 2006. № 11. С 13-18.

5. Бортников А.Ю. Методика оценки уровня агломерирования наполнителя в структурно-неоднородных материалах // Труды VI всероссийской школы-семинара «Новые материалы, создание, структура, свойства — 2006», - Томск - 2006 - С 197 — 201

6 Бортников А Ю Методика изучения структуробразования высоконаполненных полимеров // Труды III Всероссийской научной конференции «Физико-химия процессов переработки полимеров — 2006» - Иваново - 2006. - С. 57

7 Бортников А Ю Распознавание и классификация неоднородных структур по данным фрактального анализа // Труды Всероссийской научной конференций студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука Технологии. Инновации. (НТИ-2006)» - Новосибирск - 2006

8 Бортников А.Ю, Минакова Н.Н Многомерный анализ в классификации фрактальных структур высоконаполненных полимеров // Известия Алтайского государственного университета -2007. №1,- С 90-92.

9. Бортников АЮ Оценка параметров композиционных материалов электротехнических изделий по данным анализа изображений макроструктуры // Труды XIII Международной научно-практической конференций студентов и молодых ученых «Современные техника и технологииСТТ2007» - Томск -2007-С 29

10 Бортников АЮ Мультифрактальный формализм при исследовании стабильности структур полимерных композитов // Труды VII всероссийской школы-семинара с международным участием «Новые материалы Создание, структура, свойства-2007» - Томск - 2007 - С 104

11 Бортников А Ю Текстурный подход к формированию исходных данных для фрактального анализа изображений // Сборник трудов тезисов 8-ой международной конференции «Распознавание образов и анализ изображений новые информационные технологии» - Йошкар-Ола -2007 -Т 3 -С 61-62

12 Бортников А Ю., Минакова Н Н Компьютерное моделирование процесса образования агрегатов наполнителя в расплаве полимерной матрицы // Известия Алтайского государственного университета -2008 № 1 -С 94 — 97.

13 Бортников А Ю , Минакова Н.Н Стабильность структуры и свойств полимерных композитов с модифицированным дисперсным наполнителем И Труды XIV Международной научно-практической

конференций студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ 2008» - Томск - 2008.

Цитированная литература:

1. Гуль В Е, Шенфиль JI.3 Электропроводящие полимерные композиции -М.: Химия, 1984 -240 с.

2 Шуплецов В.Г., Орехов С В , Кулезнев В Н // Высокомолекулярные соединения -1981 -Т XXIII, №6 - С 1192- 1196.

Подписано к печати Печать офсетная

Формат 60x84/16 Объем 1пл

Бесплатно Уч -изд л 1 0

Тираж 100 экз_Заказ_

Типография Алтайского государственного университета 656049, г Барнаул, ул. Димитрова, 66

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ИЗУЧЕНИЯ НАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ.

1.1. Моделирование как метод изучения макроструктуры композиционных материалов.

1.2. Применение концепции фракталов для изучения композиционных материалов.

1.3. Прямые методы исследования структуры наполненных композиционных материалов.

1.4. Методы применения параметров структуры для решения прикладных задач. Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРЫ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

2.1. Структура наполненных полимеров с углеродным наполнителем.

2.2. Оценка возможности использования текстурного и фрактального подходов для изучения структуры резистивных полимерных композиционных материалов.

2.3. Разработка метода измерения параметров структуры на базе совместного использования текстурного анализа и фрактальной геометрии. Обработка изображений сканирующей микроскопии в рамках предложенного метода.

2.4. Анализ достоверности предложенного метода измерения параметров структуры. Моделирование процесса агломерации-деагломерации для оценки чувствительности разработанного метода к параметрам высокодисперсного наполнителя.

2.5. Объекты исследования. Измерение электрофизических характеристик. Статистическая обработка результатов измерения.

ГЛАВА 3 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ПО ОБРАБОТКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРЫ

ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННБ1Х МАТЕРИАЛОВ.

3.1 .Автоматизация измерений фрактальных характеристик изображения макроструктуры полимерных композиционных материалов.

3.2.Виртуальный прибор для измерения фрактальных параметров модельных структур при регулируемой агломерации высокодисперсного наполнителя.

3.3. Автоматизированная классификация структур полимерных композиционных материалов по электрофизическим свойствам с применением методов многомерного анализа.

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ФРАКТАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ РЕЗИСТИВНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С УГЛЕРОДНЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ.

4.1.Фрактальные характеристики изображений структуры при традиционных методах регулирования электропроводности.

4.2. Анализ материалов при современных методах регулирования электропроводности (модификацией наполнителя) по результатам исследования изображений макроструктуры.

4.4.Оценка стабильности электропроводности полимерных композитов при внешних воздействиях по результатам обработки изображения макроструктуры.

4.3. Исследование механической релаксации с применением метода обработки изображений.

Актуальность темы исследования.

Развитие методов исследования структурно-неоднородных сред во многом определяет практику применения композиционных материалов, так как дает возможность осознанного регулирования свойств, приведения их в соответствие требованиям конкретных условий эксплуатации,

Композиционные материалы, вытесняя традиционные, внедряются практически во все отрасли хозяйства: промышленность, строительство, электроэнергетику, аэрокосмическую технику, сельское хозяйство и т.д. Их уникальные потребительские свойства связаны с практически безграничными возможностями изменения характеристик, способностью работать при воздействии интенсивных внешних факторов: химически активных сред, больших и разнообразных механических нагрузок, высоких температур и т.д.

Объектом особого внимания является создание резистивных композиционных материалов. Сохраняя хорошие прочностные характеристики при деформациях, технологичность, коррозионную стойкость, возможность работы в агрессивных средах и т.д. дополнительно обладают электропроводностью заданного уровня, способностью функционировать при приложении высоких напряжений значительно расширяет области использования.

В качестве резистивных успешно применяются композиционные материалы с полимерными компонентами благодаря удачному сочетанию приемлемых эксплуатационных свойств с возможностью изготовления изделий разнообразных форм и конструкций при экономически оправданных затратах. Они используются для изготовления экранов кабелей, резисторов, предохранителей. По совокупности свойств электротехнические изделия на базе таких материалов способны совмещать функции антистатических и заземляющих устройств, заземлителей и фундамента, экранирующих и нагревательных устройств с высокой надежностью и безопасностью эксплуатации.

Широкий спектр электротехнических изделий с разнообразными эксплуатационными характеристиками изготавливается из композиционных материалов, содержащих агломерированный графитоподобный наполнитель (технический углерод). Направленное воздействие на его поверхность при высокой концентрации наполнителя в матрице позволяет получить материалы широкого спектра значений объемного электрического сопротивления, которое практически не изменяется при различных внешних воздействиях. Поэтому изучение подобных материалов представляет собой значительный теоретический и практический интерес.

Повышению эффективности работы в этом направлении препятствует недостаточное развитие методов структурных исследований, которые позволили бы на стадии проектирования объективно судить о поведении материала в условиях эксплуатации.

В настоящее время инструментарий для изучения структурно-неоднородных материалов создан далеко не в полной мере. Большие трудности вызывает изучение структурно-неоднородных материалов с агломерированным наполнителем, особенно при высоком его содержании, так как в этом случае даже небольшие изменения топологии макроструктуры значительно влияют на свойства. Традиционные инструменты изучения макроструктуры из-за высокого наполнения практически не работают. Не обнаружено методов, позволяющих измерять те структурные характеристики (форма, ориентация и распределение наполнителя и т.д.), которые дают возможность судить о поведении материала при внешних воздействиях. Для таких сложных объектов практически отсутствуют методы измерения параметров структуры, по которым можно оценивать значимые для практического использования свойства.

Продвижение в этом направлении требует разработки новых методов и подходов. Необходимы методы исследования с новыми возможностями описания структуры и характеристик композиционных материалов имеющую достаточно наглядную физическую интерпретацию; методы измерения параметров позволяющие решать задачу осознанного подбора компонентов

В этом плане наиболее перспективным представляется разработка компьютерного метода измерения параметров структуры, согласованного с задачей исследования.

Основной целью является разработка экспериментального автоматизированного метода измерения фрактальных характеристик изображений макроструктур на основе совместного использования текстурного и фрактального подходов.

Научная новизна

1. Разработан метод измерения фрактальных параметров структуры наполненных полимеров, заключающийся в том, что с использованием приемов текстурного анализа выделяются границы раздела «наполнитель-матрица», изображения которых далее обрабатываются методом фрактального анализа.

2. Предложена модель диффузно-ограниченной агрегации для оценки применимости разработанного метода при распознавании степени агломерирования высоко дисперсного наполнителя. Разработан виртуальный прибор, позволяющий измерять фрактальные характеристики структур при задаваемых численных значениях параметров агломерированного наполнителя.

3. На базе предложенного метода впервые:

• найден фрактальный параметр структуры, отражающий величину объемного электрического сопротивления наполненных полимеров при классических и современных (модификацией поверхности электропроводящего компонента) способах его регулирования:

• выявлены фрактальные характеристики изображения макроструктуры, реагирующие (диагностически значимые для оценки) на изменение величины объемного электрического сопротивления при воздействии повышенных температур, агрессивной среды, сжимающей механической нагрузки.

• показана возможность использования спектра фрактальных размерностей для распознавания и классификации неоднородных структур по электрофизическим свойствам.

Достоверность и обоснованность результатов исследования достигается физической обоснованностью поставленных задач, логической взаимосвязью полученных результатов, достаточным объемом экспериментальных данных, применением статистических методов обработки экспериментальных данных и их корреляционного анализа, согласием расчетных и экспериментальных характеристик.

На защиту выносятся:

1. Метод измерения параметров структуры наполненных полимеров, использующий текстурный анализ для выделения границ раздела «наполнитель-матрица» и мультифрактальную параметризацию для последующей количественной оценки топологии межфазных границ;

2. Виртуальный прибор на базе модели диффузионно-ограниченной агрегации, в которую введены дополнительные параметры: вероятность прилипания частиц и время формирования структуры;

3. Методика оценки стабильности удельного электрического сопротивления наполненных полимеров к внешним воздействиям, основанная на сравнительной оценке показателя разветвленности межфазных границ Аь и мультифрактального параметра однородности распределения границ по объему материала /4о;

4. Алгоритм классификации наполненных полимеров по мультифрактальным спектрам, основанный на методах многомерного анализа;

Практическая значимость диссертационной работы:

Предложенный в работе метод позволяет изучать связи между структурой и свойствами, объяснять результаты экспериментальных исследований по воздействию внешней среды на резистивные композиционные материалы с агломерированными компонентами.

Автоматизированный комплекс, созданный на базе метода, может быть использован в качестве инструмента для оценки стабильности структур при изменении внешних условий, апробации эффективности предлагаемых приемов получения новых материалов, в том числе и путем направленного изменения свойств поверхности наполнителя.

Предложенный метод классификации по спектру фрактальных размерностей позволяет прогнозировать комплекс электрофизических характеристик материалов и согласовывать их с областью применения.

Структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав и выводов. Материал изложен на 135 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков и 17 таблиц. Список литературы содержит 116 наименований.

Содержание работы

Во введении кратко описывается проблематика данной работы и обосновывается актуальность исследования, формулируются цели и задачи работы, пункты новизны, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведены результаты литературного обзора существующих методов измерения параметров структур и исследования неоднородных сред.

Вторая глава посвящена разработке нового метода измерения структурных параметров с применением текстурного и фрактального подходов. Выявлен геометрический параметр структуры дисперснонаполненных материалов, который отражает изменение удельно электрического сопротивления материалов.

Третья глава посвящена разработке системы автоматизации измерений параметров структуры. Разработан программный продукт, позволяющий в автоматическом режиме обрабатывать изображения макроструктуры по заданному алгоритму. Разработан виртуальный прибор для измерения фрактальных характеристик модельных структур, предложен алгоритм классификации полимерных композиционных материалов по изображениям их макроструктуры.

Четвертая глава представляет собой результаты исследования структуры и свойств дисперснонаполненных полимерных материалов при регулировании их структуры классическими методами и с помощью модификации поверхности частиц наполнителя. Показаны структурные параметры, которые реагируют на изменение удельного электрического сопротивления, позволяют на качественом уровне определить изменение стабильности структуры.

Завершается работа заключением, в котором сформулированы основные результаты и выводы.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были представлены на 11 научных конференциях, в том числе на 3 международных конференциях, а именно:

1. IX Международная школа-семинар «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах», 9-12 октября, 2006, г. Барнаул, АлтГТУ.

2. XXXIII научная конференция студентов, магистрантов и аспирантов, апрель 2006 г., г. Барнаул. Алтайский государственный университет.

3. VI Всероссийской школы-семинара «Новые материалы. Создание, структура, свойства-2006» с международным участием 13-15 июня

2006 г., г. Томск, ТПУ.

4. III Всероссийская научная конференция «Физико - химия процессов переработки полимеров - 2006», 10-12 октября 2006 г., г Иваново.

5. Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (НТИ-2006) 7-10 декабря 2006г г. Новосибирск НГТУ

6. XIII международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» 26-30 марта 2007г., г. Томск ТПУ.

7. XXXIV научная конференция студентов, магистрантов и аспирантов апрель, 2007. г. Барнаул. Алтайский государственный университет

8. VII Всероссийская школа-семинар с международным участием «Новые материалы. Создание, структура, свойства-2007», 13-15 июня 2007 г., г. Томск.

9. 8-я международная конференция «Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии», 7-13 октября

2007 г., г. Йошкар-Ола.

10.XXXV научная конференция студентов, магистрантов и аспирантов апрель, 2007. г. Барнаул. Алтайский государственный университет

11.XIV Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ 2008», 24 — 28 марта 2008 г. Томский политехнический университет, г. Томск.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 4 по перечню ВАК.

Публикации по теме диссертационной работы:

1. Минакова Н.Н., Бортников А.Ю. Моделирование макроструктуры дисперсно-наполненных систем с учетом их детерминированно-стохастической природы // Известия вузов. Физика. - 2005. № 11. -С. 48-53.

2. Минакова Н.Н., Бортников А.Ю. Влияние углеродного наполнителя на стабильность электропроводности наполненных полимеров при контакте с жидкими средами // Известия Томского политехнического университета — 2006. - Т. 309, № 1. - С. 125-129.

3. Бортников А.Ю., Минакова Н.Н. Текстурно-фрактальный анализ микроскопических срезов образцов композиционных материалов, наполненных техническим углеродом // Известия Томского политехнического университета. - 2006. - Т. 309, № 6.

4. Бортников А.Ю., Минакова Н.Н. Анализ структуры электропроводящих полимеров с агломерированными наполнителями. // Известия ВУЗов Физика. - 2006. №11. - С. 13-18.

5. Бортников А.Ю. Методика оценки уровня агломерирования наполнителя в структурно-неоднородных материалах // Труды VI всероссийской школы-семинара «Новые материалы, создание, структура, свойства — 2006». - Томск, июнь 2006. - С. 197 — 201.

6. Бортников А.Ю. Методика изучения структуробразования высоконаполненных полимеров // Труды III Всероссийской научной конференции «Физико-химия процессов переработки полимеров — 2006». - Иваново, октябрь 2006. - С. 57.

7. Бортников А.Ю. Распознавание и классификация неоднородных структур по данным фрактального анализа // Труды Всероссийской научной конференций студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука. Технологии. Инновации. (НТИ-2006)». - Новосибирск, декабрь 2006.

8. Бортников А.Ю., Минакова Н.Н. Многомерный анализ в классификации фрактальных структур высоконаполненных полимеров // Известия алтайского государственного университета. -2007. №1.- С. 90-92.

9. Бортников А.Ю. Оценка параметров композиционных материалов электротехнических изделий по данным анализа изображений макроструктуры // Труды XIII Международной научно-практической конференций студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ 2007». - Томск, март 2007. -С. 29

10.Бортников А.Ю. Мультифрактальный формализм при исследовании стабильности структур полимерных композитов // Труды VII всероссийской школы-семинара с международным участием «Новые материалы. Создание, структура, свойства-2007» - Томск, июнь 2007-С. 104

11.Бортников А.Ю. Текстурный подход к формированию исходных данных для фрактального анализа изображений // Сборник трудов тезисов 8-ой международной конференции «Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии» -Йошкар-Ола, октябрь 2007. - Т. 3. - С. 61-62

12.Бортников А.Ю., Минакова Н.Н. Компьютерное моделирование процесса образования агрегатов наполнителя в расплаве полимерной матрицы // Известия Алтайского государственного университета. - 2008. № 1. - С. 94 — 97.

13.Бортников А.Ю., Минакова Н.Н. Стабильность структуры и свойств полимерных композитов с модифицированным дисперсным наполнителем. // Труды XIV Международной научно-практической конференций студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ 2008» - Томск. - 2008

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан метод измерения параметров структуры наполненных полимеров, основанный на совместном использовании текстурного подхода и фрактальной геометрии. Метод может быть использован для резистивных полимерных композиционных материалов, в том числе и высоконаполненных с агломерированными компонентами.

2. Разработана методика оценки величины удельного объемного электрического сопротивления и его стабильности при внешних воздействиях путем сравнения результатов измерений мультифрактальных параметров изображений структур.

3. На базе предложенного метода и усовершенствованной модели диффузно-ограниченной агрегации разработан виртуальный прибор для измерения геометрических характеристик структур при задаваемых количественных параметрах агломерированного наполнителя. Прибор апробирован для изучения процессов агломерации высокодисперсного наполнителя по фрактальным характеристикам модельных структур.

4. Создан вычислительный комплекс, позволяющий в автоматическом режиме измерять текстурные и фрактальные параметры, обрабатывать и выдавать результаты измерений по запросу пользователя. Комплекс дает возможность выполнять исследования структур полимерных композитов по заданному алгоритму, изучать различные подсистемы (наполнитель, матрица, граница раздела «наполнитель- матрица»).

5. Предложена и реализована автоматизированная классификация резистивных композиционных материалов по мультифрактальным характеристикам их структуры, которая опирается на методы многомерного анализа.

1. Липатов Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров. М.: Химия. 1977.-304 с.

2. Гуль В.Е., Шенфиль Л.З. Электропроводящие полимерные композиции. — М., Химия, 1984. 240 е., ил.

3. Минакова Н.Н., Ушаков В.Я. Физико-технические основы создания высоконаполненных эластомеров и управления их резистивными свойствами. М.: Энергоатомиздат, 2003. - 260 с.

4. Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. Под. Ред. Ельящевича A.M.Л.: Химия, 1990. 432 с.

5. Сажин Б.И., Лобанов A.M., Романовская О.И и др. Электрические свойства полимеров. Л.: Химия, 1977.

6. Минакова Н.Н., Бортников А.Ю. Моделирование макроструктуры дисперсно-наполненных систем с учетом их детерминированно-стохастической природы. // Известия вузов. Физика. 2005. -№11. - С. 48 -53.

7. Хеерман Д.В. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике. 1990,- 175с.

8. П.Урьев Н.Б., Черемисов A.B., Ткачев А.Ю. Компьютерное моделирование процесса формирования коагуляционных структур в статистических и динамических условиях // Коллоидный журнал. 1999. - Т. 61. - № 3. - С. 413-417.

9. Методы исследования структуры и свойств полимеров: Учеб. Пособие / Аверко-Антонович И.Ю., Бикмуллин Р.Т.; КГТУ. Казань, 2002. 604 с.

10. Hanchett V.E., Geiss R.H. Election Microscopy of Carbon-Loaded Polymers. // IBM J. Res. Develop. 1983. Vol.27., - № 4, - P. 348-355.

11. Федер E. Фракталы: Пер. с англ. -M.: Мир.1991.-254 с.

12. Mandelbrot В.В. The Fractal Geometry of Nature. N.Y.: Freeman, 1983. 480 p.

13. Шамурина М.В., Ролдугин В.И., Прямова Т.Д., Высоцкий В.В. //Коллоидный журнал. 1994. - № 56, - С. 451-454.

14. Шамурина М.В., Ролдугин В.И., Прямова Т.Д., Высоцкий В.В. Влияние модифицирования частиц на структуру агрегатов и проводимость металлонаполненных пленочных композитов. // Коллоидный журнал. -1995.-№57.-С. 580-584.

15. Новиков В.У., Козлов Г.В. Структура и свойства полимеров в рамках фрактального подхода. // Успехи химии. 2000. - Т. 69. - № 6. С. 572 - 599.

16. Рожков Е.М., Халатур П.Г. Адсорбция полимерной частицы на поверхности малой сферической частицы: компьютерное моделирование методом Монте-Карло // Коллоидный журнал.- 1996. Т. 58. - № 6. - С. 823 - 830.

17. Встовский Г.В., Колмаков А.Г., Бунин И.Ж. Введение в мультифрактальную параметризацию структур материалов. — Москва-Ижевск: Научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика», 2001, 116с.

18. Бунин И.Ж., Колмаков А.Г., Встовский Г.В., Терентьев В.Ф. // Материаловедение. 1999. - № 2. - С. 19 - 26.

19. Новиков В.У., Козлов Г.В. Анализ структуры и свойств наполненных полимеров в рамках концепции фракталов // Пластические массы. 2004. -№4.-С. 27-38.

20. Mandelbrot В.В. In Random Fluctuations and Pattern Growth: Experiments and Models. H.E. Stanley, N. Ostrowsky eds.(Kluwer Academic, Dordrecht, 1988). P.279-291.

21. Halsey T.C., Jensen M.H., Kadanoff L.P. et al. Fractal Measures and their Singularities: The Characterization of Strange Sets // Phys. Rev. A, 1986. Vol. 33. No. 2. P. 1141-1151.

22. Встовкий Г.В., Колмаков А.Г.//Физика и химия обработки материалов. — 1995.-№6.-С. 66-81.

23. Zhang W., Blackburn R.S., Dehghani-Sanij А.А. Effect of carbon black . concentration on electrical conductivity of epoxy resin-carbon black-silica nanocomposites // Journal of Material Science, 2007. - No 42, - P. 7861-7865.

24. Frohlich J., Neidermeier W., Luginsland H.D. // Composites. A. 2005. V. 36. No 4. P. 449.

25. Морозов И.А., Свистков A.JI., Heirich G., Luake В. Структура каркаса из агрегатов частиц технического углерода в наполненных эластомерных материалах // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2007. Т. 49. № 3. С. 456-464.

26. Щуплецов В.Г., Орехов С.В., Кулезнев В.Н. Исследование распределения сажи в полимерах методом электронной микроскопии // Высокомолекулярные соединения, серия А. 1981. - Т. 23. - № 6. - С. 11921196.

27. Минакова Н.Н., Карпов С.А., Ушаков В.Я. Текстурный анализ дисперсной структуры композитных эластомеров с модифицированным углеродным наполнителем // Известия ВУЗов. Физика. 2002. № 2. С. 80-83.

28. Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. // Под. Ред. д-ра. физ.-мат. наук A.M. Ельяшевича. JL: Химия, 1990. - 432 с.

29. Халина Т.М. Анализ структуры электропроводящего композиционного материала на основе бутилкаучука для низкотемпературных композиционных электрообогревателей // Известия ВУЗов. Физика. 2004. № 10. С. 38-47.

30. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. Кн. 2.-480 с.

31. Сичкарь В.Р., Брискман Б.А., Буканов И.Г. // Высокомолекулярные соединения. Серия А.- 1997.- Т. 39. № 6.- С. 1054 1059.

32. Карпухин А.А., Михеева М.А. // Каучук и резина.- 2001.- № 4.- С. 25 28.

33. Затевалов A.M., Ролдугин В.И., Туторский И.А. // Коллоидный журнал.-2000.- Т. 62. № 4.- С. 483 487.

34. Зашеин А.Е., Нигматулин В.А., Архиреев В.П. // Высокомолекулярные соединения, серия А,- 2007,- Т. 33. №9.- С. 1864.40.3аикин А.Е., Жаринова Е.А., Бикмуллин Р.С. // Высокомолекулярные соединения. Серия А.- 2007.- Т. 49. № 3.- С. 499 509.

35. B.C. Иванова, А.С. Баланкин, И.Ж. Бунин, А.А. Оксогоев. Синергетика и фракталы в материаловедении. М.: Наука, 1994. 383 с.

36. Kviklys A., Levinskas R. // Materials Research Innovations.- 2003.- No 7.- P. 258-262.

37. Дворяшин Б.В. Основы метрологии и радиоизмерений. Учеб. пособие для ВУЗ-ов. М.: Радио и связь. 1993. 320с. ил.

38. К. Эсбенсен. Анализ многомерных данных, сокр. пер. с англ. под ред. О.Родионовой, Издательство ИПХФ РАН, 2005 К.Н. Esbensen. Multivariate Data Analysis In Practice 4-th Ed., САМО, 2000.

39. Минакова Н.Н. Композиционные материалы: применение в высоковольтной технике и программы расчета эксплуатационных характеристик: учебное пособие. Барнаул: Изд-во Алтайского государственного университета, 2007. - 73 с.

40. Stamm М. Polymer Surfaces and Interfaces. Characterization, modification, Application. 2008. - Springer.

41. Ермолаева Н.П., Хабас T.A., Верещагин В.И. Изучение неоднородностей наполненных композиционных материалов методом цветовой модели RGB. //Материаловедение.- 2004.- № 12.- С. 9 — 13.

42. Никитин Ю.Н. Роль природы и структуры высокопористого техуглерода и его взаимодействия с матрицей в усилении эластомеров. // Каучук и резина.-2005.-№4.- С. 18 — 20.

43. Никитин Ю.Н., Ходакова С .Я., Родионов В.А. О роли природы межфазного взаимодействия в усилении эластомеров техуглеродом. // Каучук и резина.-2003.-№4.- С. 38 —39.

44. Бобрышев А.Н., Прошин А.П. Фрактальные структуры дисперсно-наполненных композитов // Известия ВУЗов. Строительство.- 1994.- № 11. -С. 65 69.

45. Липатов Ю.С. Физико-химические основы наполнения полимеров. — М.: Химия. 1991. 260 с.

46. Козлов Г.В., Колодей B.C., Липатов Ю.С. Фрактальный анализ структуры межфазного слоя в дисперсно-наполненных полимерных композитах // Материаловедение.- 2002.- №11.- С. 34-39.

47. Новиков В.У., Козлов Г.В., Липатов Ю.С. Исследование межфазного слоя в наполненных полимерах с использованием концепции фракталов // Пластические массы.- 2003.- № 10.- С. 4 8.

48. Козлов Г.В., Буря А.И., Долбин И.В. Коллапс и расширение межфазных слоев в полимерных композитах // Материаловедение.- 2005.- № 8.- С. 31 — 35.

49. Анисимов Ю.Н., Колодяжный А.В., Савин С.Н. // Журнал прикладной химии.- 2000.- Т. 73.- № 12.- С. 2026 — 2029.

50. Фомин В.Н., Малюкова Е.Б., Ломовская Н.Ю., и др. О некоторых аспектах прогнозирования свойств полимерных композиционных материалов //Материаловедение.- 2006.- № 6.- С. 10 — 14.

51. Zhang W., Blackburn R.S., Dehghani-Sanij A.A. Carbon based conductive polymer composites // Journal of Material Science, 2007. - № 42. - P. 3408 -3418.

52. Сергеев А.Г. Метрология: Учебник. M.: Логос, 2005. - 272 с.

53. Niemeyer L., Pietronero L., Wiesman H.J. Fractal dimension of dielectric breakdown. // Phys. Rev. Lett., -1984. -v. 52. №13. -p. 1033 — 1036.

54. Meakin P., Li G., Sander L.M., Louis E., Guinea F. A simple two-dimensional model for crack propagation. // J. Phys. A: Math. Gen. -1989. -v. 22. № 9. -P. 1393 — 1403.

55. Суранов А. Я., Lab VIEW 7: справочник по функциям M:: ДМК Пресс, -2005. -512 c.

56. Новиков В.У., Козицкий Д.В., Юндунов B.B. Мультифрактальный анализ внутреннего трения в полимерных материалах // Материаловедение. № 1. — 2001. С.4 — ДО.

57. А.Е. Zaikin, R.R. Karimov, V.P. Arkhireev A Study of the Redistribution Conditions of Carbon Particles from the Bulk to the Interface in Heterogeneous Polymer Blends // Colloid Journal V. 64. № 1. - 2001. P. 57 — 63.

58. Жиков B.B. Фракталы // Соросовский образовательный журнал. -1996. № 12. С. 109-117.

59. Polley М.Н., Boonstra B.B. Carbon Black for Highly Conductive Rubber // Rub. Chem. Technology. 1957. - Vol. 30. - № 1. - P. 170 — 179.

60. Получения и свойства электропроводящего технического углерода: Сб. научн. трудов под ред. д. т. н. В.Ф. Суровикина. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1981.-137 с.

61. Лукьянович В.М. Электронная микроскопия физико-химических исследований. М.: изд. АН СССР, 1960. 367 с. Практикум по коллоидной химии и электронной микроскопии /под ред. С.С. Воюцкого и P.M. Панича. М.: Химия, 1974. - 224 с.

62. Коваленко М.Н., Филиппова А.А. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа. - 1982.- 336 с. Или Боровков А.П.

63. Бортников А.Ю., Минакова Н.Н. Анализ структуры электропроводящих полимеров наполненных с агломерированными компонентами // Известия ВУЗов Физика. 2006., №11, стр. 13-18.

64. Новиков В.У., Кобец Л.П., Деев И.С., Козицкий Д.В. Анализ структуры и свойств углеродных волокон с использованием мультифрактального формализма. // Материаловедение, 2003. - №5. - С. 29-41.

65. Заикин А.Е., Нигматулин В.А., Архиреев В.П. // Высокомолекулярные соединения, серия А, 2007.,- Т. 33. - №9. - С. 1864.

66. Yu J., Zhang L.Q., Rogunova M., Summers J., Hiltner A., Baer E. Conductivity of Polyolefins with High-Structure Carbon Black // Journal of Applied Polymer Science, V. 98, 2005, P. 1799-1805.

67. Шкловский Б.И., Эфрос A.JI. Теория протекания и проводимость сильно неоднородных сред // Успехи физических наук, Т. 117, вып. 3., 1975., стр. 401-435.

68. Новиков В.У., Козлов Г.В. // Пластические массы, №8, 2004, стр. 12-23.

69. Липатов Ю.С., Сергеева Л.М. Адсорбция полимеров. Наукова думка. Киев. 1972. 195 е., ил.

70. Корнев Ю.В., Лыкин А.С., Швачич М.В., Гамлицкий Ю.А., Буканов A.M. Модификация поверхности технического углерода гидроксилсодержащим олигомером. // Каучук и резина. 2006. - № 5. - С. 13-15.

71. L. Rupprecht Conductive Polymers and Plastics in Industrial. 1999. William Andrew. Inc.

72. Карелина B.H., Никитин Ю. H. Орехов С.В., Аникеев В.Н. // Производство шин, РТИ, АТИ. 1977. № 12, стр. 12.

73. Оськин В.М., Корнев А.Е, Буканов A.M. // Каучук и резина. 1987. № 5. стр. 17.

74. Яблоков М.Ю., Андреев Г.Б., Лушников А.А. // Электронный журнал «Исследовано в России». 2005. - № 4. - С. 35 - 45. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/004.pdf

75. Witten Т.А., Sander L.M. Diffusion-limited aggregation as a kinetical critical phenomena. Phys. Rev. Lett., 1981, v. 47, №19, p. 1400-1403.

76. Niemeyer L., Pietronero L., Wiesman H.J. Fractal dimension of dielectric breakdown.// Phys. Rev. Lett., 1984, v. 52, №13, p. 1033 1036.

77. Акишин А.И. // Физика и химия обработки материалов. 1997. № 3. С. 17 — 21.

78. Олемской А. И., Флат А. Я. Использование концепции фрактала в физике конденсированной среды. // Успехи физических наук. 1993. Т. 163. №12. С.1—50.

79. Жюльен Р. Фрактальные агрегаты // Успехи физических наук. 1989. Т. 157. №2. С.339-360.

80. Смирнов. Б. М. Фрактальные кластеры // Успехи физических наук. Т. 149. №2. С.177-217.

81. Бортников А.Ю., Минакова Н.Н. Текстурно-фрактальный анализ микроскопических срезов образцов композиционныхматериалов,наполненных техническим углеродом. // Известия Томского политехнического университета. 2006. - Т. 309. № 6. - С. 64 — 67 .

82. Matsushita М., Honda К., Toyoki Н., Hayakawa Y., Kondo Н. // J. Phys. Soc. Japan. 1986. - Vol. 55. - No 8. - P. 2618 — 2626.

83. JTepx Я.В. // материалы XXXIII научной конференции. 2006. вып. 3. -Барнаул: изд-во АлтГУ. 2006. - С. 190 — 193.

84. J. Muller Image Analysis and Multifractal Statistics as Tools for Predicting Permeabilities of Sedimentary Rocks. // EUROMECH 350, CARCANS, 1996.

85. Кошелев Ф.Ф., Корнев A.E., Буканов A.M. Общая технология резины. -М.: Химия. 1978. - 527с.

86. Горелов В.П., Пугачев Г.А. Резистивные композиционные материалы и мощные резисторы на их основе. — Новосибирск: Наука, 1987. 216с.

87. Горелов В.П., Пугачев Г.А. Композиционные резисторы для энергетического строительства. — Новосибирск: Наука, 1987. 216с.

88. Дружин Г.В. Надежность систем автоматики. М.: Энергия, 1967. -528с.

89. Аникеев В.Н. Применение модельных систем для исследования электропроводности полимерных материалов, наполненных сажей. / Аникеев В.Н., Журавлев B.C. // Коллоидный журнал. 1979. - Т. 16. - № 6. -С. 1157- 1160.

90. Каспаров М.Н. Эффективная проводимость трехкомпонентной гетерогенной системы. / Каспаров М.Н., Лепилин В.Н. // Журнал прикладной химии. 1978. - Т. 48. - Вып. 11. - С. 2556 - 2557.

91. Малыпаков А.В. Критическое поведение эффективной проводимости трехмерной случайно-неоднородной среды. // письма в ЖТФ. 1992. - Т. 18.-Вып. 16.-С. 19-23.

92. Усиление эластомеров: Сб. ст. / Под. ред. Дж. Крауса: Пер с англ. К.А. Печковской — М.: Химия. 1968. 483с.

93. Поляков В.В., Кучерявский С.В. Фрактальный анализ структуры пористых материалов. ПЖТФ. - 2001. - Т. 27. - Вып. 14. - С. 42 - 46.

94. Баланкин А.С., Бугримов A.JI. Фрактальная теория упругости и высокоэластичности полимеров. // Высокомолекулярные соединения. -1992. Т. (А) 34. - № 10. - С. 135 - 139.

95. Баланкин А.С., Бугримов A.JI. Фрактальная теория пластичности полимеров. // Высокомолекулярные соединения. 1992. - Т. (А) 34. - № 3. -С. 1329- 132.

96. Козлов Г.В., Белошенко В.А., Варюхин В.Н., Газаев М.А. Фрактальная модель термоусадки ориентированных полимеров. // Прикладная механика и техническая физика. 1998. - Т. 39. - № 1. - С. 160 - 163.

97. Ball R.C. Fractal Colloidal Aggregates: Consolidation and Elasticity // Phisica D.- 1989. -Vol. 38.-No. 1.-P. 11 13.

98. Врублевский JI.E., Зайцев Ю.В., Тихонов А.И. Силовые резисторы. М.: Энергоатомиздат. - 1991. - 256 с.

99. Заикин А.Е., Миндубаев Р.Ю., Архиреев В.П. Электропроводность наполненных техническим углеродом гетерогенных смесей полимеров // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. - 1999. - Т. 41. - № 1. - С. 128 -133.

100. Козлов Г.В., Буря А.И., Бурмистр М.В. Моделирование каркаса частиц наполнителя в полимерных композитах как массового мультифрактала. // Вопросы химии и химической технологии. 2002. - № 1. - С. 84 - 88.

101. Справочник резинщика / Под. ред. П.И. Захарченко, Ф.И. Якушунского, Ф.В. Естратова, П.Н. Орловского. М.: Химия. - 1971. - 608 с.

102. Минакова Н.Н., Бортников A.IO. Влияние углеродного наполнителя на стабильность электропроводности наполненных полимеров при контакте с жидкими средами // Известия Томского политехнического университета. -2006. Т. 309. - №, 1. - С. 125 - 129.

103. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных коэффициентов. М.: Наука. - 1965. - 340 с.

104. Зуев В.П., Михайлов B.C. Производство сажи М.: Химия. - 1970. -318с.