ВЛИЯНИЕ НАНО-CUO И 2-МЕРКАПТОБЕНЗТИАЗОЛА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРУ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящее время разработка полимерных композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) является одним из актуальных задач полимерного материаловедения. Это прежде всего связано с его особенными механическими и трибологическими свойствами, благодаря которым СВМПЭ активно внедряется в различных отраслях, таких как машиностроение, создание покрытий и медицина. Однако, для расширения области применения необходимо устранить недостатки в виде низкой поверхностной твердости и прочности. Наиболее эффективным и экономически целесообразным способом снижения недостатков является модификация полимера путем введения различных видов наполнителей. В данной работе исследовано влияние комплексных наполнителей, включающих нано-CuO и 2-меркаптобензтиазол на физико-механические свойства и структуру сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Показано, что введение комплексных наполнителей в СВМПЭ повышает деформационно-прочностные свойства, напряжение при сжатии повысилась на 23… 35 % и твердость по Шору Д на 5…6 % по сравнению с исходным полимером. Разработанные композиционные материалы охарактеризованы с помощью рентгеноструктурного анализа, дифференциально-сканирующей калориметрии и сканирующей электронной микроскопии. Установлено снижение степени кристалличности композитов на основе СВМПЭ с увеличением содержания комплексных наполнителей. Методом электронной микроскопии показано образование сферолитов в надмолекулярной структуре композитов. На основании проведенных исследований сделан вывод, что улучшение физико-механических свойств композитов обусловлено за счет комплексного влияния наполнителей благодаря улучшению их совместимости с полимерной матрицей. Разработанные полимерные композиционные материалы могут применяться в качестве защитных покрытий и футеровок в технике и технологическом оборудовании.

Об авторах

Андрей Петрович Васильев

Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова

Email: gtvap@mail.ru
Институт естественных наук, кандидат технических наук 2022

Афанасий Алексеевич Дьяконов

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

Email: afonya71185@mail.ru
Институт естественных наук, кандидат технических наук

Сахаяна Николаевна Данилова

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

Email: dsn.sakhayana@mail.ru
Институт естественных наук, кандидат технических наук 2024

Игорь Сергеевич Макаров

Северо-Восточный федеральный университет

Email: misergeevich@mail.ru
Институт естественных наук

Анастасия Васильевна Оконешникова

Северо-Восточный федеральный университет

Email: anasema2003@mail.ru
Институт естественных наук

Список литературы

  1. Patil N.A., Njuguna J., Kandasubramanian B. UHMWPE for biomedical applications: Performance and functionalization // European Polymer Journal. 2020. Vol. 125. P. 109529.
  2. Padhan M., Marathe U., Bijwe J. A comparative assessment of nano and microparticles of carbides for performance augmentation of UHMWPE in abrasive and erosive wear modes // Wear. 2023. Vol. 514. P. 204568.
  3. Amurin L.G., Felisberto M.D., Ferreira F.L., et al. Multifunctionality in ultra-high molecular weight polyethylene nanocomposites with reduced graphene oxide: Hardness, impact and tribological properties // Polymer. 2022. Vol. 240. P. 124475.
  4. Tian Y., Guo L. Adhesion performance of UHMWPE fiber treated with polyethylene wax grafted methyl methacrylate alone or in conjunction with silane coupling agent // Journal of Adhesion Science and Technology. 2021. Vol. 35. №. 11. P. 1219–1235.
  5. Zec J., Tomić N. Z., Zrilić M., Lević S., Marinković A., Heinemann R.J. Optimization of Al2O3 particle modification and UHMWPE fiber oxidation of EVA based hybrid composites: Compatibility, morphological and mechanical properties // Composites Part B: Engineering. 2018. Vol. 153. P. 36–48.
  6. Danilova S.N., Ivanov A.N., Spiridonov A.M., Abakunova E.V., Okhlopkova A.A. Polymer-silicate composites based on ultra-high molecular weight polyethylene and organo-modified montmorillonite // Materials Today Communications. 2023. Vol. 37. P. 107408.
  7. Shelly D., Lee S.Y., Park S.J. Compatibilization of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibers and their composites for superior mechanical performance: A concise review // Composites Part B: Engineering. 2024. P. 111294.
  8. Karger-Kocsis J., Mahmood H., Pegoretti A. Recent advances in fiber/matrix interphase engineering for polymer composites // Progress in Materials Science. 2015. Vol. 73. P. 1–43.
  9. Feng J., Venna S.R., Hopkinson D.P. Interactions at the interface of polymer matrix-filler particle composites // Polymer. 2016. Vol. 103. P. 189–195.
  10. Aparna A., Sethulekshmi A.S., Jayan J.S., Saritha A., Joseph K. Recent advances in boron nitride-based hybrid polymer nanocomposites // Macromolecular Materials and Engineering. 2021. Vol. 306. №. 11. P. 2100429.
  11. Praveenkumara J., Madhu P., Yashas Gowda T.G., Sanjay M.R., Siengchin S. A comprehensive review on the effect of synthetic filler materials on fiber-reinforced hybrid polymer composites // The Journal of the Textile Institute. 2022. Vol. 113. №. 7. P. 1231–1239.
  12. Cazan C., Enesca A., Andronic L. Synergic effect of TiO2 filler on the mechanical properties of polymer nanocomposites // Polymers. 2021. Vol. 13. №. 12. P. 2017.
  13. Cao Z., Shi G., Yan X., Wang Q. In situ fabrication of CuO/UHMWPE nanocomposites and their tribological performance // Journal of Applied Polymer Science. 2019. Vol. 136. №. 36. P. 47925.
  14. Jatti V.S., Singh T.P. Copper oxide nano-particles as friction-reduction and anti-wear additives in lubricating oil // Journal of Mechanical Science and Technology. 2015. Vol. 29. P. 793–798.
  15. Wang Z., Ma Y., Guo L., Tong J. Influence of polyphenyl ester and nanosized copper filler on the tribological properties of carbon fibre–reinforced ultra-high-molecular-weight polyethylene composites // Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2018. Vol. 31. №. 11. P. 1483–1496.
  16. Li W., Feng M., Liu X., Yang J. Improvement of Copper Oxides-coated Ultra-high Molecular Weight Polyethylene Fibers Reinforced Rigid Polyurethane Composites in Strength and Toughness // Fibers and Polymers. 2021. Vol. 22. P. 1883–1888.
  17. Ushakov A.V., Karpov I.V., Fedorov L.U., Lepeshev A.A. Mechanical and tribological properties of complex-modified material based on ultra-high molecular weight polyethylene and CuO // Journal of Friction and Wear. 2014. Vol. 35. P. 7–11.
  18. Skotnicka A., Kabatc-Borcz J. Design, Synthesis, and Spectral Properties of Novel 2-Mercaptobenzothiazole Derivatives // Materials. 2024. Vol. 17. №. 1. P. 246.
  19. Danilova S.N., Okhlopkova A.A., Yarusova S.B. et al. Study on the Impact of a Combination of Synthetic Wollastonite and 2-Mercaptobenzothiazole-Based Fillers on UHMWPE Polymeric Matrix // Journal of Composites Science. 2023. Vol. 7. №. 10. P. 431.
  20. Lin E.Y., Frischknecht A.L., Riggleman R.A. Origin of mechanical enhancement in polymer nanoparticle (NP) composites with ultrahigh NP loading // Macromolecules. 2020. Vol. 53. №. 8. P. 2976–2982.
  21. Safaei M.M., Abedinzadeh R., Khandan A., Barbaz-Isfahani R., Toghraie D. Synergistic effect of graphene nanosheets and copper oxide nanoparticles on mechanical and thermal properties of composites: Experimental and simulation investigations //Materials Science and Engineering: B. 2023. Vol. 289. P. 116248.
  22. Zhang R., Tian J., Wu Y., Chou W., Yang J., Xue P. An investigation on shape memory behaviors of UHMWPE-based nanocomposites reinforced by graphene nanoplatelets // Polymer Testing. 2021. Vol. 99. P. 107217.
  23. Gu J., Li N., Tian L., Lv Z., Zhang Q. High thermal conductivity graphite nanoplatelet/UHMWPE nanocomposites // Rsc Advances. 2015. Vol. 5. №. 46. P. 36334–36339.
  24. Wang K.H., Choi M.H., Koo C.M., et al. Morphology and physical properties of polyethylene/silicate nanocomposite prepared by melt intercalation // Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 2002. Vol. 40. №. 14. P. 1454–1463.
  25. Alapati S., Meledath J.T., Karmarkar A. Effect of morphology on electrical treeing in low density polyethylene nanocomposites // IET Science, Measurement & Technology. 2014. Vol. 8. №. 2. P. 60–68.
  26. Bucknall C., Altstädt V., Auhl D., et al. Structure, processing and performance of ultra-high molecular weight polyethylene (IUPAC Technical Report). Part 2: crystallinity and supra molecular structure // Pure and Applied Chemistry. 2020. Vol. 92. № 9. P. 1485–1501.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).