CC BY
99
ВЕСТНИК 8/2ni_
8/2015
СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
УДК 691:620.22
А.В. Мацеевич, А.А. Аскадский, Т.А. Мацеевич
НИУМГСУ
РЕЛАКСАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СМЕСЕЙ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА И АБС-ПЛАСТИКА
Получены смеси поливинилхлорида (ПВХ) и АБС-пластика с различными соотношениями компонентов от 0 до 100 %. Проанализирована совместимость компонентов смесей с помощью критерия совместимости, учитывающего химическое строение полимеров, их поверхностную энергию и молярный объем повторяющегося звена, а также параметр растворимости Гильдебранда. Найдена полная термодинамическая совместимость, и из этих смесей изготовлены монолитные материалы. Проведены эксперименты по релаксации напряжения в условиях одноосного сжатия для образцов при разной концентрации компонентов смеси в интервале температур от 23 до 70 °С. Проведена аппроксимация кривых релаксации напряжения с применением современных ядер релаксации, основанных на анализе производства энтропии системы в ходе релаксационного процесса. Полученные физические параметры ядер позволяют оценить длительную механическую работоспособность материалов, полученных из смесей ПВХ и АБС-пластика.
Ключевые слова: совместимость полимеров, релаксационный модуль, поли-винилхлорид, АБС-пластик, смеси.
В настоящее время компоненты, использованные в данной работе, применяются для изготовления разнообразных смесей. Например, хорошая совместимость полистирола и АБС-пластика приводит к тому, что механические свойства смесей на их основе лучше, чем аналогичные свойства составляющих компонентов [1]. Такой же результат получен для смесей линейных полимеров и полимерных сеток [2]. Зависимости модуля упругости от состава часто являются нелинейными и обладают максимами. В [3] исследованы реологические свойства полиоксиметилена (ПМО) и сополимера этилен-октена (ЭОК) в твердом состоянии и в расплаве. Смеси содержали от 10 до 90 % масс. ЭОК. Смеси были неоднородными и имели широкую область фазового перехода между 30 и 70 % масс. ПМО. Смеси, обогащенные ЭОК, показывают более однородную морфологию с меньшими размерами частиц. Динамические характеристики (модули накопления и потерь) определяются в основном несовместимостью ПМО и ЭОК. Кроме того, влияет специфика кристаллизации исследуемых смесей. Обнаружено наличие двух релаксационных механизмов, которые можно подавить с помощью компатилизаторов, представляющих собой диблок-сополимеры тех же компонентов [4].
В [5] исследованы динамические механические свойства (модули накопления и потерь, тангенс угла механических потерь tgS) смесей сополимеров ПА-6 и ПА-6,6 с этилен-пропилен-диеновым каучуком; особое внимание уделено влиянию соотношения полимеров и компатибилизаторов. Измерение
проводили в диапазоне температур от -100 до 150 °С на разных частотах. Температурная зависимость tg5 имеет два максимума, соответствующих температурам стеклования отдельных компонентов, указывающих на несовместимость компонентов смеси. Изучена морфология смесей с помощью сканирующей электронной микроскопии.
Рассмотрены результаты добавления диблок-сополимера полиизобутилена (ПИБ) и полидиметилсилоксана (ПДМС), играющего роль компатибилизато-ра, на совместимость и свойства смесей ПИБ и ПДМС [6]. Отношение ПИБ к ПДМС варьировалось от 20 : 80 к 80 : 20. Компатибилизатор увеличивает комплексную вязкость и время релаксации, сдвиговую вязкость и восстановление после прекращения сдвига. Исследованы реологические свойства ПМО и сополимера ЭОК в твердом состоянии и в расплаве [7]. Смеси содержали от 10 до 90 % масс. ЭОК. Смеси были неоднородными и имели широкую область фазового перехода между 30 и 70 % масс. ПМО. Смеси, обогащенные ЭОК, показывают более однородную морфологию с меньшими размерами частиц. Динамические характеристики (модули накопления и потерь) определяются, в основном, несовместимостью ПМО и ЭОК. Кроме того, на них влияет специфика кристаллизации исследуемых смесей.
В [8] рассматриваются последние достижения в области полимерных смесей и композитов из возобновляемых ресурсов. Гидрофильный характер природных полимеров способствовал успешному развитию экологически чистых композитов, так как натуральные волокна и наноглины, используемые в качестве наполнителей, так же имеют гидрофильную природу. Применение ком-патибилизаторов и использование технологии реакционной экструзии способствуют улучшению межфазной адгезии между природными и синтетическими полимерами. Влияние межфазного натяжения в несовместимых смесях полимеров изучалось в [9—11]. Большое внимание уделяется морфологии смесей, размерам частиц, попыткам приготовления тонкодисперсных смесей и влиянию всех этих факторов на модуль упругости и другие механические свойства [12—15].
Несмотря на большое число работ, посвященных структуре и механическим свойствам смесей, анализируемые в данной работе вопросы не всегда находят адекватное рассмотрение. Прежде всего, это относится к возможности предсказания совместимости полимеров на основе их химического строения и фазового состояния, оценке модуля упругости смеси с учетом фазового и физического состояния смешиваемых полимеров (дисперсия твердого полимера в эластомере, дисперсия двух твердых, стеклообразных или кристаллических полимеров). При этом возможно химическое взаимодействие между микрофазами. Все это влияет на модуль упругости материалов на основе смесей полимеров. Рассмотрение этих вопросов составляет предмет данной статьи.
Анализ совместимости ПВХ с АБС-пластиком. Анализ совместимости ПВХ с АБС-пластиком был проведен на основе критериев (1) и (2), предложенных в [16—21]. Совместимость наблюдается, когда при введении первого полимера во второй
ц = < 1,374Р1, о 2
(1)
и при введении второго полимера в первый 5?
ц 2 = < 1,374Р2,
5п,1
(2)
где 8я1 и 5я2 — параметры растворимости полимеров 1 и 2 соответственно;
в =Ф
Р2 =Ф
Ф-
ф2 + - 2Ф
г л0-5
Г п ,1
п ,2;
Ф-
ф2 + - 2ф
У п ,1
Г Л°,5
У п ,2
V У п л ;
(3)
(4)
где у и уя 2 — поверхностные энергии полимеров 1 и 2 соответственно;
Ф =
4 (( ,У,2 )
(5)
(к:;3+)2
где V и V — молярные объемы полимеров 1 и 2 соответственно.
Были проанализированы два варианта. Согласно первому из них ПВХ рассматривали как полимер, а АБС-пластик — как небольшую добавку, вводимую в этот полимер. По 2 варианту АБС-пластик рассматривали как полимер, а ПВХ — как вводимую добавку. Необходимые для анализа совместимости величины поверхностного натяжения у, параметра растворимости 5 и молярного объема V были рассчитаны с помощью ЭВМ программы «Каскад» (ИНЭОС РАН) и помещены в табл. 1. Результаты анализа показаны в табл. 2.
Табл. 1. Исходные данные для анализа совместимости ПВХ с АБС-пластиком
Полимер у, мН/м 5, (кДж/моль)1/2 V, см3/моль
Поливинилхлорид 40,7 20,6 115,9
АБС-пластик 41,5 19,7 111,16
Табл. 2. Результаты анализа совместимости ПВХ с АБС-пластиком
Способ введения 1,374Р
АБС-пластик вводится в ПВХ 1,09 1,25
ПВХ вводится в АБС-пластик 0,92 1,22
Видно, что для всех способов введения компонентов совместимость всегда имеет место, поскольку левая часть критериев (1) и (2) всегда меньше правой части.
Приготовление смесей ПВХ с АБС-пластиком. Смеси ПВХ с АБС-пластиком готовились из совместного раствора в ацетоне следующим образом. В емкость с 10 г смеси с определенным соотношением компонентов, тщатель-
2
но перемешанной, добавляли 30 мл ацетона. После этого смесь перемешивали и выдерживали в течение 4 ч в герметично закрытой форме. Затем содержимое еще раз тщательно размешивали и выливали в плоские силиконовые формы, в которых смеси высыхали в течение 14 ч при комнатной температуре, а затем еще 3 ч при 50 °С в термошкафу. Полученную однородную смесь измельчали, отбирали некоторое количество измельченной полимерной массы для горячего прессования заготовок. Процесс проводили примерно при 200...220 °С в течении 30 мин с постепенным подъемом температуры при давлении 400 МПа. В результате были получены заготовки, из которых вырезались микрообразцы 4 х 4 х 6 мм для дальнейших испытаний.
Измерение и аппроксимация кривых релаксации напряжения. Измерение кривых релаксации напряжения проводили на приборе для микромеханических испытаний, позволяющем осуществлять одноосное механическое деформирование испытуемого образца. Кинематическая схема прибора обеспечивает получение осевых сжимающих усилий между двумя рабочими цилиндрами. Верхний цилиндр кинематически связан с электродвигателем и может приводиться в вертикально-поступательное движение. Нижний рабочий цилиндр служит для передачи усилия на силоизмеритель. Усилие, действующее на образец, измеряется жестким фотоэлектрическим динамометром, принцип действия которого основан на использовании явления фотоупругости. Этот прибор был модифицирован нами для автоматической записи напряжения, деформации и времени на компьютере.
Были получены кривые релаксации напряжения при деформации е0 = 3 % и различных температурах в интервале от 23 до 70 °С. Содержание ПВХ в смесях варьировалось от 0 до 100 %.
Для аппроксимации релаксационных процессов (зависимостей релаксиру-ющего напряжения с от времени 0 применили уравнение Больцмана:
где о0 — начальное напряжение, появляющееся после задания деформации е0; Дт) — ядро релаксации; т — текущее время; ^ — конечное время.
Для аппроксимации использовали ядра релаксации, основанные на рассмотрении производства энтропии в ходе релаксационного процесса [18—20]. Согласно цитируемым работам процесс релаксации напряжения протекает в результате взаимодействия и диффузии релаксаторов, которыми являются неоднородности в материале. Взаимодействуя друг с другом, эти неоднородности могут сливаться, перестраиваться и диффундировать в полимерном материале в ходе релаксации напряжения. В результате формируется структура, приводящая к снижению релаксирующего напряжения. Процесс реструктурирования доказан прямыми экспериментами по изучению аннигиляции позитронов с помощью введения специального устройства, позволяющего осуществлять процесс релаксации напряжения непосредственно в измерительной камере
Полимерный материал рассматривается как состоящий из релаксаторов и нерелаксаторов. Релаксаторы после задания деформации е0 взаимодействуют друг с другом и переходят в нерелаксирующий материал. Появление двух ти-
(6)
о
[19—20].
пов кинетических элементов (релаксаторов и нерелаксаторов) и их диффузия в материале ведет к производству энтропии системы, которая увеличивается в ходе релаксации напряжения.
Ядро релаксации, предложенное в [19—20], связано с обратной величиной энтропии:
T (т) =
г 1 1
, -- 1'(т)йт,
V & & тах У 0
(7)
где Т*(т) — переменная часть ядра релаксации; &0 — начальная энтропия образца; & — максимальная энтропия, произведенная в ходе релаксации напряжения.
Ядро релаксации в общем виде выглядит так:
Т (т) = -
к„ш
1
1
а1п а + (1 -а)1п(1 -а) 1п0,5
(8)
где т = т 11 * (т)йт; т* — общее число неоднородностей в образце; кв — кон-
0
станта Больцмана; а — доля релаксаторов от общего количества кинетических единиц в образце; т — текущее время.
Если лимитирующей стадией является скорость взаимодействия релаксаторов, зависимость а от т принимает вид 1
С
а = — = -
С (1 + к *т/р)
р
(9)
-0 |1 + /
где С и С0 — текущая и начальная концентрации релаксаторов соответственно;
к * = кС0~1; к — константа скорости взаимодействия релаксаторов; р = п — порядок реакции взаимодействия.
В общем виде ядро Т1(т) выглядит следующим образом:
1
п -1
ад=■
1 --
квш1 1
1
(1 + к Ч/р)
а п
(1 + к Ч/р)
р +ао
1п
1 —
1п
1
1
(1 + к Ч/р)
+ ап
-а п
1
+
1пП,5
(10)
д 2Р.
ду2 '
(1 + к Ч/р)
Если лимитирующей стадией является диффузионный механизм релаксации, то доля нерелаксаторов (1 - а) определяется выражением [19—20]
(1 -а) = Мь/2, (11)
где 0 < Ь < 1; 0; с — константа.
Тогда ядро Т2(т) записывается так:
ад=-
1
1
ату 1п ату+(1 -ату) 1п (1 -ату) 1п0,5 где у = с/2.
Ядро Т2(т) является функцией со слабой особенностью.
(12)
Ядра релаксации (10) и (12) с высокой точностью проводят аппроксимацию кривых релаксации напряжения. Их применение позволяет определять физические параметры материала: величину А = m/S пропорциональную количеству неоднородностей в материале; к*, п, с с (с0 — начальное напряжение; см — равновесное напряжение).
Результаты анализа. Аппроксимацию кривых релаксации напряжения проводили с помощью персонального компьютера, в программное обеспечение которого предварительно были занесены табулированные значения переменных частей ядер релаксации (10) и (12), которые приведены в [20—21]. Производился автоматический отбор тех значений параметров, при которых сумма квадратов отклонений экспериментальных значений релаксирующего напряжения от расчетных была минимальной, а коэффициент корреляции — максимальным. Примеры аппроксимации приведены на рис. 1.
100 Время, мни
б
1,6
S 1,4
2 1,2 it 1 _ I
i
I 0,6
I 0,4 1 0,2
Experiment
— Ï2
50
100 Время, мин
150
200
в
Рис. 1. Аппроксимация кривых релаксации напряжения материалов на основе смесей АБС/ПВХ: а — 20/80, Т = 23 °С; б — 40/60, Т = 23 °С; в — 60/40, Т = 70 °С
Результаты аппроксимации кривых релаксации напряжения с использованием ядер Г1(т), Т2(х) привели к следующим результатам: во всех случаях коэффициент корреляции R при использовании ядра Т1(х) выше, чем при использовании ядра Т2(т). Согласно принципам, изложенным выше, это свидетельствует о том, что лимитирующей стадией процесса релаксации напряжения является скорость взаимодействия релаксаторов и перехода их в нерелаксирующий материал. В качестве примера в табл. 3, 4 приведены результаты аппроксимации для ряда смесей с разным содержанием АБС-пластика.
Табл. 3. Параметры ядра релаксации Г1(т) и экспериментальные значения начальных и конечных релаксирующих напряжений для смесей АБС-пластика и ПВХ
Образец АБС/ ПВХ Т, °С Ядро Г1(т) Экспериментальные значения
к, мин1 Я А, Джкг град/м3 п МПа да" МПа МПа СТ180, МПа
20/80 23 °С 0,01 0,997 3,41024 6 25,8 7,96 16,94 8,35
40/60 23 °С 0,01 0,998 2,191024 6 38,19 12,95 25,51 13,39
60/40 70 °С 0,01 0,976 3,181025 2,25 1,948 1,063 1,423 1,063
Табл. 4. Параметры ядра релаксации Г2(т) и экспериментальные значения начальных и конечных релаксирующих напряжений для смесей АБС-пластика и ПВХ
Образец АБС/ ПВХ Т, °С Ядро Г2(т) Экспериментальные значения
У Я А, Дж-кг-град/м3 а МПа да" МПа МПа СТ180, МПа
20/80 23 °С 0,5 0,972 9,33 1023 0,0403 16,76 8,94 16,94 8,35
40/60 23 °С 0,5 0,973 6,23 1023 0,0403 25,42 14,33 25,51 13,39
60/40 70 °С 0,5 0,924 9,93 1024 0,050 1,390 1,054 1.423 1,063
Во всех случаях константа скорости взаимодействия релаксаторов к = 0,01 мин1; при повышенной температуре возрастает количество неоднородностей в материале, а порядок реакции п резко снижается.
Зависимость модуля упругости от концентрации одного из компонентов смеси (в данном случае АБС-пластика) описывается соотношением
1 + а
-1
Е,
Е,
Е = -
№
I еа
' /ПВХ _
где атАБС — мольная доля АБС-пластика; I ^АК I и I ^АК
V г ) АБС V • ) ПВХ
вальсовы объемы АБС-пластика и ПВХ соответственно; ЕАБС и £ШХ — ли упругости АБС-пластика и ПВХ соответственно.
(13)
вандер-моду-
Параметры АБС-пластика и ПВХ приведены в табл. 5. Табл. 5. Параметры АБС-пластика и ПВХ
Полимер f л EAV , Â3 V i J М МПа Е , МПа
Поливинилхлорид 48,9 62,5 600 355
АБС-пластик 76,4 69,9 509 269
Связывая мольную долю а с весовой долей а обычным соотношением 1
а„ = -
1 + M 2
M1 i, a,.
1
-1
(14)
где М и М2 — молекулярные массы повторяющихся звеньев полимеров 1 и 2 соответственно, и подставляя (14) в (13), получаем зависимости начальных и квазиравновесных модулей упругости от весовой концентрации АБС-пластика:
E =
1,1184/ a „ас + 0,4436 0,00187/ a „>АБС + 0,001202'
1,1184/a „>АБС +0,4436 0,003154/a „,АБС +0,003919'
(15)
(16)
Графики зависимостей Е и Е показаны на рис. 2.
0,4 0,6
"-ЛВС
а
0,2 0,4 0,6 0,8 1.0
'.АБС б
Рис. 2. Зависимости начального релаксационного модуля Е0 (а) и квазиравновесного модуля Егп (б) от весовой доли АБС АБС-пластика
ВЕСТНИК 8/2ni_
8/2015
Величины Е0 и Ем получены в результате аппроксимации кривых релаксации напряжения. На этих графиках также показаны экспериментальные точки, которые с хорошей точностью укладываются на расчетные кривые.
Таким образом, проведенные эксперименты позволили получить полимерные материалы из смесей вторичных пластиков — ПВХ и АБС-пластика с удовлетворительными свойствами, а проведенные измерения и расчеты показали применимость предложенных расчетных схем для анализа совместимости и релаксационного поведения полимерных смесей, что позволило охарактеризовать их длительную механическую работоспособность.
Библиографический список
1. ButhainaA., Ibrahim, Kadum K.M. Influence of polymer blending on mechanical and thermal properties // Modern Applied Science. 2010. Vol. 4. No. 9. Pp. 157—161.
2. Saxe P., Freeman C., Rigby D. Mechanical properties of glassy polymer blends and thermosets. Materials Design, Inc., Angel Fire, NM and San Diego, CA. LAMMPS Users' Workshop and Symposium, Albuquerque, NM, August 8, 2013. Режим доступа: http:// lammps.sandia.gov/workshops/Aug13/Rigby/DRigby_LammpsWorkshop_Aug2013.pdf. Дата обращения: 12.04.2015.
3. Van Hemelrijck E., Puyvelde V., Velankar S., Macosko C. W., Moldenaers P. Interfacial elasticity and coalescence suppression in compatibilized polymer blends // J. Rheol. 2004. Vol. 48. No. 1. Pp. 143—185.
4. Lopez-Barron C.R., Macosko C.W. Rheological and morphological study of cocontinuous polymer blends during coarsening // J. Rheol. 2012. Vol. 56. No. 6. Pp. 1315—1334.
5. Komalan C., George K.E., Kumar P.A.S., Varughese K.T., Thomas S. Dynamic mechanical analysis of binary and ternary polymer blends based on nylon copolymer/EPDM rubber and EPM grafted maleic anhydride compatibilizer. EXPRESS Polymer Letters. 2007. Vol. 1. No. 10. Pp. 641—653.
6. Martin J.D., Velankar S.S. Effects of compatibilizer on immiscible polymer blends near phase inversion. J. Rheol. 2007. Vol. 51 (4). Pp. 669—692.
7. Grigalovica A., Bartule M., Zicans J., Meri R.M., Heim H.-P., Berger Ch. Relaxation properties of polyoxymethylene and ethylene-octene copolymer blend in solid and melt states // Proceedings of the Estonian Academy of Sciences. 2012. Vol. 61. No. 3. Pp. 200—206.
8. Yu L., Dean K., Li L. Polymer blends and composites from renewable resources // Prog. Polym. Sci. 2006. Vol. 31. No. 6. Pp. 576—602.
9. Biresaw G., Carriere C., Sammler R. Effect of temperature and molecular weight on the interfacial tension of PS/PDMS blends // Rheol. Acta. 2003. Vol. 42. No. 1—2. Pp. 142—147.
10. Ellingson P.C., Strand D.A., Cohen A., Sammler R.L., Carriere C.J. Molecular weight dependence of polystyrene/poly(methyl methacrylate) interfacial tension probed by imbedded-fiber retraction // Macromolecules. 1994. Vol. 27. No. 6. Pp. 1643—1647.
11. Gramespacher H., Meissner J. Interfacial tension between polymer melts measured by shear oscillations of their blends // J. Rheol. 1992. Vol. 36. No. 6. Pp. 1127—1141.
12. Li R., Yu W., Zhou C. Macroporous Poly(Acrylamide) hydrogels: swelling and shrinking behaviors // J. Macromol. Sci. 2006. B: Phys. Vol. 43. Pp. 889—897.
13. Chopra D., Kontopoulou M., Vlassopoulos D., Hatzikiriakos S.G. Effect of maleic anhydride content on the rheology and phase behavior of poly(styrene-co-maleic anhydride)/ poly(methyl methacrylate) blends // Rheol. Acta. 2002. Vol. 41. No. 1-2. Pp. 10—24.
14. Guenther G.K., BairdD.G. An evaluation of the Doi-Ohta theory for an immiscible polymer blend // J. Rheol. 1996. Vol. 40. No. 1. Pp. 1—20.
15. Hashimoto T., Takenaka M., Jinnai H. Scattering studies of self-assembling processes of polymer blends in spinodal decomposition // J. Appl. Crystallogr. 1991. Vol. 24. Pp. 457—466.
16. Аскадский А.А., Матвеев Ю.И., МатевосянМ.С. О предсказании растворимости полимеров // Высокомолекулярные соединения А. 1990. Т. 32. № 10. С. 2157—2166.
17. Матвеев Ю.И., Аскадский А.А. Влияние физических характеристик и типа надмолекулярной структуры полимера на его растворимость // Высокомолекулярные соединения А. 1994. Т. 36. № 3. С. 436—443.
18. Askadskii A.A. Physical properties of polymers. Prediction and control. Amsterdam : Gordon and Breach Publishers, 1996. 350 p.
19. AskadskiiA.A. Computational materials science of polymers. Cambridge : Cambridge International Science Publishing, 2003. 650 p.
20. Аскадский А.А., Кондращенко В.И. Компьютерное материаловедение полимеров. Т. 1. Атомно-молекулярный уровень. М. : Научный Мир, 1999. 534 c.
21. Аскадский А.А., Хохлов А.Р. Введение в физико-химию полимеров. М. : Научный Мир, 2009. 384 c.
Поступила в редакцию в июне 2015 г.
Об авторах: Мацеевич Андрей Вячеславович — аспирант кафедры технологии композитных материалов и прикладной химии, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Аскадский Андрей Александрович — доктор химических наук, профессор, профессор кафедры технологии композиционных материалов и прикладной химии, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Мацеевич Татьяна Анатольевна — кандидат физико-математических наук, доцент, профессор кафедры высшей математики, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected].
Для цитирования : МацеевичА.В., АскадскийА.А., Мацеевич Т.А. Релаксационные свойства материалов на основе смесей поливинилхлорида и АБС-пластика // Вестник МГСУ. 2015. № 8. С. 118—129.
A.V. Matseevich, A.A. Askadskiy, T.A. Matseevich
RELAXATION PROPERTIES OF THE MATERIALS BASED ON THE BLENDS OF POLYVINYLCHLORIDE AND ABS-PLASTIC
The polymer mixes based on polyvinyl chloride (PVC) and ABS-plastic with different ratios of components from 0 to 100 % have been obtained. The compatibility analysis of the components of the mixes was provided with the use of the compatibility criterion, taking into account the chemical structure of the polymers, their surface energy and molar volume of the repeating unit, as well as Hildebrand solubility parameter. A complete thermodynamic compatibility takes place, which allows preparation of monolithic materials. The experiments on stress relaxation under uniaxial compression of the samples at various concentrations of blend components at the temperatures ranging from 23 to 70 oC were performed. The approximation of the stress relaxation curves using modern memory functions based on the analysis of entropy production of the system during the relaxation process was performed. These physical parameters of the memory functions allow evaluating a long-term mechanical working ability of the materials derived from the blends of PVC and ABS-plastic.
ВЕСТНИК 8/2ni_
8/2015
Key words: compatibility of polymers, relaxation modulus, polyvinylchloride, ABS-
plastic, blends.
References
1. Buthaina A., Ibrahim, Kadum K.M. Influence of Polymer Blending on Mechanical and Thermal Properties. Modern Applied Science. 2010, vol. 4, no. 9, pp. 157—161. DOI: http:// dx.doi.org/10.5539/mas.v4n9p157.
2. Saxe P., Freeman C., Rigby D. Mechanical Properties of Glassy Polymer Blends and Thermosets. Materials Design, Inc., Angel Fire, NM and San Diego, CA. LAMMPS Users' Workshop and Symposium, Albuquerque, NM, August 8, 2013. Available at: http://lammps. sandia.gov/workshops/Aug13/Rigby/DRigby_LammpsWorkshop_Aug2013.pdf. Date of access: 12.04.2015.
3. Van Hemelrijck E., Puyvelde V., Velankar S., Macosko C. W., Moldenaers P. Interfacial Elasticity and Coalescence Suppression in Compatibilized Polymer Blends. J. Rheol. 2004, vol. 48, no. 1, pp. 143—185. DOI: http://dx.doi.org/10.1122/1.1634987.
4. Löpez-Barrön C.R., Macosko C.W. Rheological and Morphological Study of Cocon-tinuous Polymer Blends during Coarsening. J. Rheol. 2012, vol. 56, no. 6, pp. 1315—1334. DOI: http://dx.doi.org/10.1122/14739067.
5. Komalan C., George K.E., Kumar P.A.S., Varughese K.T., Thomas S. Dynamic Mechanical Analysis of Binary and Ternary Polymer Blends Based on Nylon Copolymer/EPDM Rubber and EPM Grafted Maleic Anhydride Compatibilizer. EXPRESS Polymer Letters. 2007, vol. 1, no. 10, pp. 641—653. DOI: http://dx.doi.org/10.3144/expresspolymlett.2007.88.
6. Martin J.D., Velankar S.S. Effects of Compatibilizer on Immiscible Polymer Blends near Phase Inversion. J. Rheol. 2007, vol. 51 (4), pp. 669—692. DOI: http://dx.doi. org/10.1122/1.2742391.
7. Grigalovica A., Bartule M., Zicans J., Meri R.M., Heim H.-P., Berger Ch. Relaxation Properties of Polyoxymethylene and Ethylene-octene Copolymer Blend in Solid and Melt States. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences. 2012, vol. 61, no. 3, pp. 200—206. DOI: http://dx.doi.org/10.3176/proc.2012.3.09.
8. Yu L., Dean K., Li L. Polymer Blends and Composites from Renewable Resources. Prog. Polym. Sci. 2006, vol. 31, no. 6, pp. 576—602. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.prog-polymsci.2006.03.002.
9. Biresaw G., Carriere C., Sammler R. Effect of Temperature and Molecular Weight on the Interfacial Tension of PS/PDMS Blends. Rheol. Acta. 2003, vol. 42, no. 1—2, pp. 142— 147. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s00397-002-0265-8.
10. Ellingson P.C., Strand D.A., Cohen A., Sammler R.L., Carriere C.J. Molecular Weight Dependence of Polystyrene/Poly(Methyl Methacrylate) Interfacial Tension Probed by Imbed-ded-Fiber Retraction. Macromolecules. 1994, vol. 27, no. 6, pp. 1643—1647. DOI: http:// dx.doi.org/10.1021/ma00084a055.
11. Gramespacher H., Meissner J. Interfacial Tension Between Polymer Melts Measured by Shear Oscillations of Their Blends. J. Rheol. 1992, vol. 36, no. 6, pp. 1127—1141. DOI: http://dx.doi.org/10.1122/1.550304.
12. Li R., Yu W., Zhou C. Macroporous Poly(Acrylamide) Hydrogels: Swelling and Shrinking Behaviors. J. Macromol. Sci. 2006, B: Phys., vol. 43, pp. 889—897.
13. Chopra D., Kontopoulou M., Vlassopoulos D., Hatzikiriakos S.G. Effect of Maleic Anhydride Content on the Rheology and Phase Behavior of Poly(Styrene-Co-Maleic Anhydride)/ Poly(Methyl Methacrylate) Blends. Rheol. Acta. 2002, vol. 41, no. 1-2, pp. 10—24. DOI: http:// dx.doi.org/10.1007/s003970200001.
14. Guenther G.K., Baird D.G. An Evaluation of the Doi-Ohta Theory for an Immiscible Polymer Blend. J. Rheol. 1996, vol. 40, no. 1, pp. 1—20. DOI: http://dx.doi.org/10.1122/1550785
15. Hashimoto T., Takenaka M., Jinnai H. Scattering Studies of Self-Assembling Processes of Polymer Blends in Spinodal Decomposition. J. Appl. Crystallogr. 1991, vol. 24, pp. 457—466. DOI: http://dx.doi.org/10.1107/S0021889891000444.
16. Askadskiy A.A., Matveev Yu.I., Matevosyan M.S. O predskazanii rastvorimosti po-limerov [On Forecasting Solubility of Polymers]. Vysokomolekulyarnye soedineniya A [High-Molecular Compositions A]. 1990, vol. 32, no. 10, pp. 2157—2166. (In Russian)
17. Matveev Yu.I., Askadskiy A.A. Vliyanie fizicheskikh kharakteristik i tipa nadmoleku-lyarnoy struktury polimera na ego rastvorimost' [The Influence of Physical Characteristics and Type of Supermolecular Structure of a Polymer on its Solubility]. Vysokomolekulyarnye soe-dineniya A [High-Molecular Compositions A]. 1994, vol. 36, no. 3, pp. 436—443. (In Russian)
18. Askadskii A.A. Physical Properties of Polymers. Prediction and Control. Amsterdam, Gordon and Breach Publishers, 1996, 350 p.
19. Askadskii A.A. Computational Materials Science of Polymers. Cambridge, Cambridge International Science Publishing, 2003, 650 p.
20. Askadskiy A.A., Kondrashchenko V.I. Komp'yuternoe materialovedenie polimerov. T. 1. Atomno-molekulyarnyy uroven' [Computer Simulation of Polymers. Vol. 1. Atomic-molecular Level]. Moscow, Nauchnyy Mir Publ., 1999, 534 p. (In Russian)
21. Askadskiy A.A., Khokhlov A.R. Vvedenie v fiziko-khimiyu polimerov [Introduction into Physics and Chemistry of Polymers]. Moscow, Nauchnyy Mir Publ., 2009, 384 p. (In Russian)
About the authors: Matseevich Andrey Vyacheslavovich — postgraduate student, Department of Composite Materials Technology and Applied Chemistry, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation, [email protected];
Askadskiy Andrey Aleksandrovich — Doctor of Chemical Sciences, Professor, Department of Composite Materials Technology and Applied Chemistry, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected];
Matseevich Tat'yana Anatol'evna — Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Department of Higher Mathematics, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected].
For citation: Matseevich A.V., Askadskiy A.A., Matseevich T.A. Relaksatsionnye svoys-tva materialov na osnove smesey polivinilkhlorida i ABS-plastika [Relaxation Properties of the Materials Based on the Blends of Polyvinylchloride and Abs-Plastic]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2015, no. 8, pp. 118—129. (In Russian)
