Влияние структуры и зарядового состояния на прочностные свойства нанокомпозиции на основе пленок ПП+d к2 Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ И ЗАРЯДОВОГО СОСТОЯНИЯ НА ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА НАНОКОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК ПП+Бм

М.А. Рамазанов*, С.А. Абасов**, Р.Л. Мамедова**, А.А. Расулова**

* Бакинский государственный университет, ул. З. Халилова, 23, г. Баку, AZ-1148, Республика Азербайджан, [email protected] ,

[email protected] Институт физики НАН Азербайджана, пр. Г. Джавида, 33, г. Баку, AZ-1143, Республика Азербайджан

Известно, что носители заряда в процессе поляризации накапливаются на границе раздела фаз и на неоднородностях. Часть из них захватывается ловушками - электрически активными дефектами материала, способными захватывать и удерживать носитель заряда. Накопление носителей заряда на границе раздела фаз меняет межфазные взаимодействия, а это может привести к изменению прочностных свойств композиции. Отсутствие единого мнения о влиянии накопленного заряда в процессе поляризации на прочностные свойства вызывает повышенный интерес к изучению влияния на эти свойства процесса поляризации, который в свою очередь создает электретное состояние композиции [1]. Прочностные свойства (механическая и электрическая прочности) являются важными характеристиками полимеров, в том числе полиолефинов, содержащих добавки наногелей (глины) марки Dk2. В связи с тем, что полиолефины, содержащие добавки наногелей, обладают электретными свойствами, изучение влияния электротермополяризации (ЭТИ) на их прочностные свойства представляет научный и практический интерес.

В данной работе было исследовано влияние структуры и зарядового состояния на прочностные свойства нанокомпозитов, изготовленных на основе пленок полипропилена (ИИ) и наногелей марки Dk2.

Изготавливались смеси порошков 1111, Dk1 и Dk2 в разных соотношениях компонентов. Из смесей методом горячего прессования при температуре плавления полимерной матрицы под давлением 15 МПа в течение 10 минут были изготовлены нанокомпозиты III 1+/.)к2 в виде пленки с дальнейшим охлаждением. Образцы получены в разных температурно-временных режимах кристаллизации, а именно медленном охлаждении (МО), когда образцы охлаждаются до комнатной температуры со скоростью 2 град/мин, и быстром охлаждении (БО) в смеси лед - вода со скоростью 30 град/мин. Нами исследовались БО образцы.

Механическая прочность при растяжении с и электрическая прочность Е изготовленных образцов нанокомпозитов были определены по методикам, описанным в монографиях [2] и [3]. Так как образцы из нанокомпозитов ПП+/к2 при комнатной температуре сильно удлиняются (ориентируются), их механическая прочность измерялась при температуре жидкого азота, а электрическая прочность - при комнатной температуре.

На рис. 1 приведена зависимость механической с и электрической Е прочности нанокомпозитов ПП+/к2, не подвергнутых ЭТП, от объемного содержания Ф добавки /к2. Как видно, наблюдаются изменения механической и электрической прочности нанокомпозитов ПП+/к2 с ярко выраженными максимумами. Также установлено уменьшение механической прочности с (измеряемой при температуре жидкого азота) и увеличение электрической прочности Е (измеряемой при 293К) после ЭТП.

Отметим, что наблюдаемое увеличение механической прочности с нанокомпозитов ПП+/ к2 объясняется хорошей степенью распределения наногеля в полимерной матрице. Наблюдаемое возрастание электрической прочности Е нанокомпозитов ПП+/ к2 в зависимости от содержания добавки /к2 после ЭТП связано с образованием упорядоченной структуры под действием образующихся поляризованных зарядов при ЭТП. Уменьшение механической прочности с нанокомпозитов ПП+/к2 в зависимости от содержания добавки / к2 после ЭТП, измеряемой при температуре жидкого азота, как нам кажется, связано с образованием дефектной структуры под действием зарядов (заранее

© Рамазанов М. А., Абасов С.А., Мамедова Р.Л., Расулова А. А., Электронная обработка материалов, 2011, 47(6), 5-7.

созданных при ЭТП) при низкой температуре. Для выяснения влияния поляризационных зарядов на прочностные свойства нанокомпозиции ПП+/ к2 нами использован метод термостимулированных деполяризаций (ТСД). На рис. 2 приведены кривые ТСД, снятые для композиций ПП+/к2, при различных объемных содержаниях / к2, которые были предварительно подвергнуты электротермополяризации при Еп = 5-106 В/м и Тп = 393К в течение часа. Видно, что в зависимости от Еп площадь кривых ТСД, из которой вычислялось количество зарядов, изменяется, причем до III1+20 об.сод. /к2 количество зарядов Q увеличивается, а затем уменьшается.

Рис. 1. Зависимость электрической Е (а) и механической а (б) прочности нанокомпозитов ПП+Вк2, не подвергнутых ЭТП, от объемного содержания Ф добавки Бк2

Рис. 2. Кривые ТСД, снятые для композиций ПП+/к2, при различных объемных содержаниях /к2,

предварительно подвергнутой электротермополяризации при Еп часа. 1 - ППЮк2 (90:10); 2 - ППЮк2 (80:20); 3 - ППЮк2 (790:310)

510 В/м и Тп = 393К в течение

Эти результаты показывают, что существует определенная взаимосвязь между величиной объемных зарядов и значениями Епр и с. Плотность стабилизированных зарядов в композициях в зависимости от концентрации наногеля и условия поляризации изменяется. Эти заряды в процессе поляризации могут создавать сильное внутреннее поле с напряженностью 108 В/м, рассчитываемое

Q

и тем самым усиливать изменения межфазных взаимодействий между компонентами

Е = как к

нанокомпозиции. Для выяснения влияния содержания / к2 на структуры ПП композиция ПП+/ к2 изучена методом ИК-спектроскопии. На рис. 3 приведены спектры 1111 и для композиции ПП+/к2. Как видно, добавка / к2 сильно изменяет ИК-спектры ПП, особенно в области полос поглощения при 3461 см-1, 3192 см-1, 3143 см-1, 2920 см-1, 1456-1186 см-1 и 864-500 см-1. Изменение полосы поглощения при 3461 см-1, 3192 см-1, 3143 см-1, 2920 см-1 связано с образованием гидроксильных групп в по-

лимере. Кроме того, наблюдается сильное увеличение интенсивности полос при 2950 см-1 и 2839 см-1, что может свидетельствовать об активации СН валентных колебаний в спектре полипропилена.

Рис. 3. Спектры ПП, Dk2 и композиция ПП+D^

Таким образом, полученные экспериментальные результаты показывают, что добавка наногеля Dk2 в полимер полипропилена увеличивает концентрации центров локализации электрических зарядов, то есть на границе раздела полимера и наногеля образуются межфазные прослойки, которые могут играть роль ловушки для зарядов, в результате чего увеличиваются плотность и стабильность электретных зарядов. Изменение межфазных взаимодействий и толщины приграничного слоя может повлиять на прочностные свойства нанокомпозиции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рамазанов М.А., Ибрагимова Х.С., Абасов С.А., Гасанов А.М. Влияние предварительной электрообработки на зарядовое состояние и прочностные свойства композиции на основе полиэтилена и пьезокерамик. Электронная обработка материалов. 2005, 41(4), 57-62.

2. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974. 560 с.

3. Багиров М.А., Малин В.П., Абасов С.А. Воздействие электрических разрядов на полимерные диэлектрики. Баку: Элм, 1975. 168 с.

Поступила 04.05.11

Summary

In the given work have been investigated influence of structure and charging condition on strength properties of nanocompositions, made on the basis of polypropylene and nanoclays Dk2 . It is shown that the addition of nanoclay Dk2 in polypropylene polymer increases concentration of the centers of localization of electric charges, i.e. on border of division of polymer and nanoclay are formed interphase layers which can play traps for charges, therefore the density and stability of electret charges can increase. Changes of interphase interaction and a thickness of a frontier layer can affect on strength properties of nanocompositions.