Влияние фуллерена с 60 и g-излучения на механические свойства и радиационную стойкость полиметилметакрилата Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2014, том 57, №9-10_

МЕХАНИКА

УДК 539(2+3):541.123:541.64:546.26-162

Ш.Т.Туйчиев, [Б.М.Гинзбург, Д.Р.Рашидов, С.Х.Табаров, Л.И.Туйчиев ВЛИЯНИЕ ФУЛЛЕРЕНА С60 И у-ИЗЛУЧЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И РАДИАЦИОННУЮ СТОЙКОСТЬ ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТА

Таджикский национальный университет

(Представлено академиком АН Республики Таджикистан членом-корреспондентом Ф.Рахими 12.08.2014 г.)

Исследовано совместное влияние добавок фуллерена С60 и гамма-излучения 60Со на механические свойства и радиационную стойкость атактического полиметилметакрилата.

Ключевые слова: фуллерен - структура - механика - полимер - излучение.

Улучшения эксплуатационных характеристик полимерных материалов часто добиваются путем применения различных физико-химических методов обработки образцов, в том числе и радиационных [1-4]. В предыдущей работе [4] было исследовано влияние фуллерена С60 и у-излучения на некоторые характеристики механических свойств полиэтилена (ПЭ) - одного из самых простых полимеров по молекулярной структуре. Однако для ПЭ в комнатных условиях характерно аморфно-кристаллическое состояние со сравнительно сложной иерархией элементов надмолекулярной структуры, что осложняет интерпретацию экспериментальных данных.

С другой стороны, атактический полиметилметакрилат (ПММА) - один из самых простых полимеров по структуре на различных размерных уровнях. Он "бесструктурен", прозрачен в видимом свете и не случайно в быту именуется органическим стеклом. Сведения о совместном влиянии фул-лерена С60 и у-излучения на свойства полимеров, насколько нам известно, в литературе отсутствуют. Задачей данного исследования явилось изучение изменений механических свойств ПММА при совместном влиянии С60 и у-излучения 60Со.

В качестве объекта исследования использовали ПММА, ГОСТ 16667-77 с молекулярной массой М= 12-104 . В качестве наноуглеродного наполнителя использовали фуллерен С60 с химической чистотой 99.7%. Нанокомпозитные плёнки получали из смешанных растворов полимера и С60. В качестве растворителя использовали один из наиболее сильных для фуллерена С60 - бромбензол марки "хч" [5-7]. Концентрацию С добавок С60 в получаемых композитах меняли в интервале 0.1-10 вес. %.

Вначале готовили 3-5%-ный раствор ПММА при температуре 25-30оС. Затем в образцы раствора добавляли необходимые объёмы насыщенного раствора С60 . Далее, после непродолжительного перемешивания и обработки ультразвуком, при той же температуре проводили отливку плёнок на стеклянной подложке. Толщина образующихся плёнок составляла 0.10-0.11 мм.

Адрес для корреспонденции: Туйчиев Шарофиддин. 734025, Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр.Рудаки, 17, Таджикский национальный университет. E-mail: tuichiev@mail.ru

Механика

Ш.Т.Туйчиев, Б.М.Гинзбург и др.

Радиационную стойкость полимера оценивали как отношение предела прочности облучённых образцов oD к пределу прочности необлучённых о. Отметим, что при дозе облучения Б больше 100 Мrad все образцы держали лишь очень малые нагрузки и практически рассыпались под её воздействием.

Из полимерных плёнок вырезали образцы в форме двойной лопатки с рабочей длиной 22 мм и шириной 3 мм. Механические испытания проводили по ГОСТ 1262-68 на разрывной машине РМ-1. Скорость движения нижнего зажима - 12 мм-мин.-1 (относительная скорость деформации - 0.0125 с-1). Образцы облучали гамма-лучами на установке РХМ-у-20 от источника излучения 60 Со с энергией гамма-квантов 1.172 МэВ, дозу облучения Б меняли в пределах 0-100 Мrad.

На рис. а - е показаны деформационные кривые необлучённых и облучённых образцов с различным содержанием С фуллерена С60. Как показано в [6], при С=0 прочность образца ~ 50 МПа, деформация невелика и составляет ~6-8 %.

Рис. Деформационные кривые ПММА: (а) при С=0% С60 и облучении (здесь и на других рисунках): 1 - Б=0; 2 - 0,1; 3 - 100 Мгаа; (Ь) С=1% С60 ; (с) С=3% С60; (Л) С=5% С60; (е) С=10% С60; (/) изменения относительной разрывной прочности ПММА+С60 при облучении: 1 - С=0; 2 - 1; 3 - 3; 4 - 5; 5 - 10 % С60.

На рис.а представлены деформационные кривые образцов чистого ПММА - исходного (кривая 1) и облученных (кривые 2,3). Небольшая доза (Б= 10 Mrad) (кривая 2) приводит к увеличению жёсткости образцов, заметно увеличивается модуль Юнга, примерно в 2 раза уменьшается разрывное удлинение. Качественно такие изменения согласуются со сшивкой макромолекул в образцах при малых дозах (до Б=10 Mrad) [2]. При высоких дозах облучения прочностные характеристики ПММА уменьшаются (рис.а, кривая 3).

На рис.Ь-е показаны деформационные кривые образцов ПММА, содержащих различную долю фуллерена - от 1 до 10 вес.% - и подвергнутых облучению. При концентрации С=1 вес% (рис.Ь) малые дозы облучения приводят к незначительному уменьшению и/или сохранению прочности, малому изменению модуля упругости и резкому падению разрывного удлинения (кривые 1 -3).

При концентрациях С=3-5 вес.% (рис. с^) прочность образцов заметно уменьшается, но облучение приводит, по крайней мере, к сохранению механической прочности, модуля Юнга и разрывного удлинения (рис. с и d; кривые 1-3). При С=10 вес.% (рис. е) механические свойства образцов

Доклады Академии наук Республики Таджикистан 2014, том 57, №9-10

необратимо ухудшаются. Неизменность или повышение радиационной стойкости R при малых дозах облучения (D=10 Mrad) [2,8] свидетельствуют о развитии процессов сшивки, а снижение R (при высоких D=100 Mrad и более) - о процессах деструкции цепных молекул ПММА (рис. f)

Таким образом, совместное влияние С60 и гамма-излучения на радиационную стойкость ПММА носит положительный характер при следующих условиях - доля добавки не превыщает 1-3 вес.%, а доза предварительного облучения не превышает 10 Мrad. При этом повышение радиационной стойкости составляет не более 10-15%.

Работа выполнена в рамках плана научно-исследовательских работ Таджикского национального университета.

Поступило 19.08.2024 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чарльзби А. Ядерные излучения и полимеры. - М.: ИИЛ, 1962, 522 с.

2. Бовей Ф. Действие ионизирующих излучений на природные и синтетические полимеры. - М.: ИИЛ, 1959, 295 с.

3. Иванов В.С. Радиационная химия полимеров. - Л.: Химия, 1988, 320 с.

4. Гинзбург Б.М., Рашидов Д., Табаров С., Туйчиев Ш., Шепелевский А.А. - ЖТФ, 2015, В.1. Принято к печати

5. Гинзбург Б.М., Туйчиев Ш., Рашидов Д., Табаров С.Х. и др. - ВМС, сер. А, 2011, т.53, №6, с.883-896.

6. Гинзбург Б.М., Туйчиев Ш., Рашидов Д., Табаров С.Х. и др. - ВМС, сер. А, 2012, т.54, №8, с.1283-1296.

7. Гинзбург Б.М., Меленевская Е.Ю., Новоселова А.В. и др. - ВМС, сер. А, 2004, 46, №2, с.295-303.

8. Вершинина М.П., Регель В.Р., Черный Н.Н. - ВМС, 1964, т.6, №8, с.1450-1457.

Ш.Т.Туйчиев, Б.М.Гинзбург, Д.Р.Рашидов, С.Х.Табаров, Л.И.Туйчиев

ТАЪСИРИ ФУЛЛЕРЕНИ Сбо ВА ГАММА-АФКАНИШОТ БА ХОСИЯТ^ОИ МЕХАНИКИ ВА ТОБОВАРИИ РАДИАТСИОНИИ ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТ

Донишго^и миллии Тоцикистон

Дар маколаи мазкур таъсири якчояи фуллерени Сбо ва гамма-афканишоти 60Со ба хосиятхои механикй ва тобоварии радиатсионии полиметилметакрилат омухта шудаанд. Ни-шон дода шудааст, ки вориди Сбо ва дозаи гамма-нурбориш дар нихоя боиси пастшавии хосиятхри механикии полимер мегарданд.

Калимауои калиди: фуллерен - сохтор - механика - полимер - радиатсия.

MexaHHKa ffl.T.TyHHueB, E.M.ruHîôypr h gp.

Sh.T.Tuichiev, B-M.Ginzburg, D.R.Rashidov, S.Kh.Tabarov, L.I.Tuichiev INFLUENCE OF C60 AND GAMMA RADIATION ON MECHANICAL PROPERTIES AND RADIATION RESISTANCE OF POLYMETHYLMETHACRYLATE

Tajik National University A combined effect of additives C60 and gamma radiation 60Co on the mechanical properties and radiation resistance atactic PMMA were studied.

It has been shown that the introduction of samples C60 and gamma- irradiation at the final stage result in deterioration of the mechanical properties of the polymer. Key words: fullerene - structure - mechanics - polymer - radiation.