ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАНОКОМПОЗИТОВ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА
Аннотация
В работе представлены результаты сравнительного изучения физико-механических и реологических характеристик нанокомпозитов сверхвысокомолекулярного полиэтилена марки ГУР 4120 («Ticona») с нанокристаллическим диоксидом кремния дисперсностью 20 нм (0,05% – 0,2%), нановолокнами оксида алюминия марки «Nafen» дисперсностью 10…20 нм (0,1%) и углеродными нанотрубками «Tuballmatrixbeta» (0,1 %). Установлено, что введение диоксида кремния в оптимальной концентрации 0,1…0,15 % способствует повышению предела прочности на 44 %, конечного модуля упругости на 46 %. На предел вынужденной эластичности и начальный модуль упругости большее влияние оказывают углеродные нанотрубки (рост 23 %). Однако результаты в этом случае характеризуются значительным разбросом значений. Нановолокна марки «Nafen» обеспечивают рост предела прочности на 22 %, конечного модуля упругости на 28,6 %. Зависимость комплексной вязкости композитов при температуре 180 ºС от угловой скорости описывается степенным соотношением Оствальда-де Виля. Введение наноразмерных модификаторов приводит к росту коэффициента консистенции сверхвысокомолекулярного полиэтилена в 3,9…6,6 раза при росте индекса течения всего лишь в 1,02…1,28 раза. Показано, что использование в оптимальных (0,1…0,15 %) концентрациях нанокристаллического диоксида кремния, нановолокон оксида алюминия марки «Nafen» и углеродных нанотрубок, совмещенных со сверхвысокомолекулярным полиэтиленом механохимической активацией на планетарношаровой мельнице, позволяет значимо улучшить физико-механические характеристики последнего. При этом более эффективным модификатором является нанокристаллический диоксид кремния. Значительное влияние сверхмалых концентраций наноразмерных модификаторов связано, ви-димо, с формированием в объеме композита пространственной сетки физических связей, сохраняющейся даже при температуре 180 °С, о чем свидетельствуют результаты реологических испытаний.
Литература
Kahramanov N.T., Azizov A.G., Osipchik V.S. Nanostructured composites and polymer materials. Plastich. Massy. 2016. N 1-2. P. 49-59 (in Russian).
Maksimkin A.V Bulk oriented nanocomposites of ultrahigh molecular weight polyethylene reinforced with fluorinated multiwalled carbon nanotubes with nanofibrillar structure. Compos. Pt. B: Eng. 2016. V. 94. P. 292–298. DOI:10.1016/gh.2016.03.061.
Gogoleva O.V., Petrova P.N., Mayer A.F. Study of the effect of thermally expanded graphite on the properties and structure of ultrahigh molecular weight polyethylene. Vestn. VSGUTU. 2015. N 2. P. 23 - 29 (in Russian).
Zoo Y. S., An J.-W., Lim D.-Ph., Lim D.-S. Effect of carbon nanotube addition on tribological behavior of UHMWPE. Tribol. Lett. 2004 (16). N 4. P. 305-309.
Kondrashov S.V., Shashkeev K.A., Popkov O.V. Promising technologies for obtaining functional materials of struc-tural designation based on nanocomposites with CNT. Trudy VIAM. 2016. N 3 (39). P. 54-64 (in Russian).
Medvedeva E.V., Cherdyntsev V.V. Structure containing unequalaxis inorganic inclusions of polymer composites. Sovr. Probl. Nauki Obraz. 2013. N 5. 11 p. (in Russian).
Bazarkina V.V., Ognev A.Yu., Krivezhenko D.S. Evaluation of the effect of carbon nanotubes on the tribotechnical properties of ultrahigh molecular weight polyethylene. Proc.MXVII Intern. scientific-practical conf. "Modern technology and technology." 2011. P. 97-98 (in Russian).
Kharitonov A.P., Simbirtseva G.V., Tkachev A.G. Hardening of epoxy composites and ultrahigh-molecular polyethylene by fluorinated carbon nanotubes, multilayer and multilayer graphene. Coll. Abstracts of the 10th International. conf. "Carbon: fundamental problems of science, materials science, technology." Moscow. 2016. P. 478-479 (in Russian).
Pardo S.G. Toughening Strategies of Carbon Nanotube/Polycarbonate Composites with Electromagnetic Interference Shielding Properties. Polym. Comp. 2013. V. 34. N 11. P. 1938–1949.
Ajaya P.M., Zhou O.Z. Applications of Carbon Nanotubes. Topics Appl. Phys. 2001. V. 80. P. 391–425.
Golubev I. G., Bykov V.V. Prospects for the use of polymer nanocomposites. Tekhnika Oborud.Sela. 2012. N 5. P. 9–12 (in Russian).
Kropotin OV, Mashkov Yu.K., Egorova V.A. Effects of carbon modifiers on the structure and durability of polymer nanocomposites based on polytetrafluoroethylene. Zhurn. Tekhnich. Fiz. 2014. V. 84. N 5. P. 66-70 (in Russian).
Zorin I.M., Zemtsova E.G., Makarov I.A. Obtaining a composite material based on ultrahigh molecular weight polyethylene and modified nanodispersed aerosil. Plastich. Massy. 2015. N 9. P. 40-42 (in Russian).
Gordeev Yu.I., Abkoryan A.K, Kovalevskaya O.V. Perspective composite materials based on ultrahigh molecular weight polyethylene, matrix-filled with ultrafine alumina powders. Tekhnol. Prots. Mater. 2010. V. 1. N 14. P. 299-300 (in Russian).
Mikitaev A.K., Kozlov G.V. Structural model of amplification of polymethyl methacrylate / carbon nanotube nanocomposites with ultra-low contents. Zhurn. Tekhnich. Fiz. 2016. N 10. P. 99-103 (in Russian).
Avdeiychik S.V. Introduction to the physics of nanocomposite engineering materials. Grodno: GGAU. 2009. 439 p. (in Russian).
Okhlopkova A.A., Okhlopkova T.A., Borisova R.V. Management of structure formation processes in polymer composite materials based on UHMWPE. Nauka Obraz. 2015. N 2. P. 73-78 (in Russian).
Ryabov S.A., Zakharychev E.A., Semchikov Yu.D. Investigation of the effect of the time of functionalization of carbon nanotubes on the physicomechanical properties of polymer composites based on them. Vestn. Nizhegorod. Un-ta im. N.I. Lobachevsky. 2013. N 2 (1). P. 71–74 (in Russian).
Schramm G. Fundamentals of practical rheology and rheometry. M.: Koloss. 2003. 312 p. (in Russian).
Pegel S., Potschke P., Petzold G. Dispersion, agglomeration, and network formation of multi walled carbon nanotubes in polycarbonate melts. Polymer. 2008. V. 49. P. 974–984.
