CC BY
46
Библиографические ссылки
1. Hydrogels in Medicine and Pharmacy//Properties and applications /Peppas A.N., editor; Vol III. Boca Raton: CRC Press, 1987.
2. Штильман М.И. Полимеры медико-биологического назначения/ М.И. Штильман. М: Академкнига, 2005.
3. Superabsorbent polymer// Science and technology/Bucholz F.L., Peppas N.A., editors; American Chemical Society, 1994.
4. Lozinsky V.I. The potential of polymeric cryogels in bioseparation/ Lozinsky V.I., Plieva F.M., Galaev I. Yu. Bioseparation. Volume Date, 2001. 10(4/5). P. 163-188.
5. Артюхов A.A. Макропористые гидрогели поливинилового спирта: исследование влияния условий синтеза/ А. А. Артюхов, М.И. Штильман, А.Е. Чалых, Т.С. Золотайкина, А.М. Тсатсакис//Пластические массы, 2005. №12. С. 27-29.
6. Артюхов А.А. Макропористые гидрогели поливинилового спирта: исследование формирования структуры/ А.А. Артюхов, М.И. Штильман, А.Е. Чалых, Т.С. Золотайкина, А.М. Тсатсакис// Пластические массы, 2006. № 1. С. 27-31.
7. Martens P. Characterization of hydrogel formed from acrylate modified poly(vinyl alcohol) macromers/ Martens P., Anseth K.S.// Polymer, 2000. V. 41. P. 7715-7722.
8. Pincock R.E. Kinetics of reactions in frozen solutions/ Pincock R.E., Kiovsky T.E.//J. Chem. Educ., 1966. V. 43. № 7. P. 358.
9. Сергеев Г.Б. Кинетическая модель химических реакций в замороженных растворах/ Г.Б. Сергеев, В.А. Батюк, М.Б. Степанов, Б.М. Сергеев//Докл. АН СССР, 1973. Т. 213. №4. С. 891-899.
10. Штильман М.И. Эпоксидсодержащие пористые гидрогели акриламида: исследование влияния условий синтеза/ М.И. Штильман, Г.Ю. Остаева, А. А. Артюхов, А.М. Тсатсакис, B.C. Козлов//Пластические массы, 2002. №.3. С. 25-28.
11. Артюхов А.А. Криогели ионогенных мономеров/ А.А. Артюхов, М.И. Штильман, А.Е. Чалых, О.В. Семенчук, А.М. Тсатсакис// Пластические массы, 2006. №2. С. 21-25
УДК 541.64:539.3
А.В. Десятков, Н.Р. Пономарева*, Ю.М. Будницкий, О.А. Серенко**, А.И. Дементьев*
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия *Московский педагогический государственный университет, Москва, Россия **УРАН Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН, Москва, Россия
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ЧАСТИЦ НАПОЛНИТЕЛЯ НА ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНА
Effect of particle filler shape on fracture mechanism of composite on based PE was investigation. It was found that shape of particle filler influences on the form of voids and fracture mechanism of composite.
Исследовано влияние формы частиц наполнителя на характер разрушения композитов на основе ПЭ. Установлено, что форма частиц наполнителя оказывает влияние на вид образующихся дефектов, и характер разрушения композитов на основе ПЭ.
При разработке композиционных материалов используют различные минеральные наполнители. Выбор наполнителя определяется, в первую очередь, размером частиц и распределением их по размерам, а также формой частиц [1]. Обычно рассматривают основные формы минеральных частиц: сфера, куб, параллелепипед (игольчатые частицы), чешуйка, волокно. При схожих размерах частиц наличие острых углов, ровных поверхностей приводит к большей концентрации локальных напряжений, чем в случае частиц сферической формы [2], что может привести к различному деформационному поведению композиционного материала. В настоящей работе исследовано влияния формы частиц наполнителей схожего размера на деформационно-прочностные характеристики композитов на основе полиэтилена.
В работе использовали полиэтилен низкой плотности (ПЭ) марки 15803-020, а наполнителями служили сферические неаппретированные кварцевые микросферы с размером частиц 63 - 80 мкм и волластонит игольчатой формы длиной 20 - 100 мкм.
Смешение полимера с наполнителем проводили в микросмесителе «Брабендер». Концентрацию стеклосфер изменяли от 0,01 до 0,17 об. долей, а волластонита от 0,01 до 0,04 об. долей.
Полученные смеси перерабатывали методом горячего прессования. Получали пластины толщиной 1 мм , из которых вырубали образцы в виде двусторонних лопаток с размером рабочей части 28x5 мм. Механические испытания проводили на динамометрической установке AUTOGRAPH
AGS-H фирмы SHIMADZU (Япония). Скорость растяжения 50 мм/мин. В работе использовали величины напряжений, рассчитанные на исходное сечение образцов.
Микроскопические исследования проводили с помощью растрового электронного микроскопа “Hitachi S-520”.
Анализ кривых растяжения показал, что композиты, наполненные сферическими частицами кварца остаются пластичными до 0.12 об. долей. При дальнейшем повышении содержания наполнителя до 0,17 об. долей приводит к разрыву при формировании шейки.
В случае использования игольчатых частиц волластонита материал разрушается на стадии формирования шейки при концентрации 0,04 об. до-
Таким образом, как при введении частиц сферической формы, так и при использовании игольчатых частиц осуществляется пластично-хрупкий переход. Отличие композитов заключается в концентрации частиц при этой смене механизмов разрушения. В последнем случае он реализуется при концентрации наполнителя в 4 раза меньшей, чем при введении сферических частиц. Следовательно, при схожих размерах частиц их форма оказывает влияние на деформационное поведение материала. Частицы игольчатой формы способствуют переходу к хрупкому разрыву композита.
На рис. 1 представлены зависимости прочности ос (а) и деформации при разрыве 8С (б) композитов на основе ПЭНП от концентрации кварцевых сфер и волластонита. При увеличении концентрации сферических частиц механические характеристики материалов монотонно уменьшаются. В композитах, содержащих волластонит, при небольшом его содержании наблюдается резкое снижение, как прочности, так и деформации при разрыве. Далее их прочность практически не меняется, тогда как относительное удлинение продолжает уменьшаться. Следовательно, введение частиц игольчатой формы приводит к более существенному ухудшению деформационнопрочностных свойств композитов, по сравнению с материалами со сферическими частицами.
Кщшраивяштпни1еляУ(,сбдаж Концжграданатлникш^, об. доли
Рис. 1. Зависимость прочности (а) и деформации при разрыве (б) композитов на основе ПЭНП и частиц кварца (1), волластонита (2).
Для установления причин различного деформационного поведения композитов были проведены микроскопические исследования. На рис.2а представлены микрофотографии поверхности разрушенных образцов, содержащих 0.03 об. долей кварцевых сфер, а на рис 26 - образцов с 0,04 об. долей волластонита. При использований сферических частиц в разрушенных образцах наблюдается образование овальных и ромбовидных пор, которые не являются опасными, т. к они появляются на стадии однородного растяжения, после распространения шейки вдоль образца. В композитах, наполненных частицами игольчатой формы, наблюдается хаотичное расположение основного размера «иголочек» по отношению к оси растяжения образца (рис. 26).
Они располагаются под некоторым углом к оси растяжения, вдоль и перпендикулярно ей, а также поперек толщины образца. Видно, что при растяжении часть частиц отслаивается от матричного полимера и выдавливается из объема полимера на поверхность, нарушая ее целостность. Образуются дефекты, к наиболее опасным из которых можно отнести те, что образовались вблизи частиц, расположенных поперек оси вытяжки или перпендикулярно толщине образца. В этом случае частица, поскольку ее мо-
дуль намного выше модуля матрицы, как нож прорезает образец, а сформировавшийся дефект является, по сути, микротрещиной, распространение которой поперек оси растяжения приводит к быстрому разрушению композита.
а
Рис. 2. Вид дефектов, образовавшихся при растяжении ПЭНП, содержащего 0,03 об. долей кварцевых сфер (а) и 0,04 об. долей волластоннта (б). Указанный на снимках масштаб соответствует 200 (а), 100 (б) мкм.
Таким образом, можно заключить, что деформационное поведение композитов на основе ПЭНП зависит не только от размера, но и от формы частиц наполнителя. При схожих геометрических размерах введение частиц игольчатой формы приводит к более быстрой потере пластичных свойств материалов, по сравнению со сферическими частицами, т.к. первые выступают не только в роли концентраторов напряжения, но и сами способствуют разрушению наполненного полимера.
Библиографические ссылки
1. Ричардсон М.М. Промышленные полимерные композиционные материалы / под ред. М.М. Ричардсона. М.: Химия, 1980. С. 472.
2. Дувакин Н.И. Выбор наполнителей для придания специальных свойств полимерным материалам / Н.И. Дувакин, Н.И. Дувакина, Н.И. Ткаче-ва//Пластмассы, 1989. № 11. С. 46 -48.
УДК 541.6
sj: _ sj:
Ю.А. Дулькина, Ю.М. Будницкий, А.В. Ефимов , Е.С. Трофимчук
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия *Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
ОСОБЕННОСТИ КРЕЙЗИИГА ПЛЕНОК ИЗ ИЗОТАКТИЧЕСКОГО ПОЛИПРОПИЛЕНА
It is found that deformation of the isotactic polypropylene film samples in the medium of supercritical carbon dioxide occurs evenly without shoulder effect, is accompanied increase in
