Solid-phase rolling of reactor powder of ultrahigh molecular weight polyethylene with subsequent orientation hardening

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The article discusses a method for processing ultra-high-molecular-weight polyethylene reactor powders into high-strength, high-modulus fibers and films. Comprehensive studies of the mechanical properties of rolled thin tapes made of ultra-high-molecular-weight polyethylene reactor powders with subsequent multi-stage zone orientation extraction are described. The effect of changes in the average rate of deformation during rolling on the modulus of elasticity and tensile strength has been established. The samples were examined by X-ray diffraction analysis, which made it possible to determine the type of structure of the rolled films at the final stages. A search has been made for optimal rolling modes of sintered powders to obtain precursors that ensure the achievement of maximum orientational elongations and, accordingly, obtain a high-strength polymer material.

About the authors

M. M. Tsygankov

Fiziko-Texnicheskij Institut im. A.F. Ioffe

Author for correspondence.
Email: m.czygankov@bk.ru

engineer

Russian Federation

T. D. Shidlovskii

Fiziko-Texnicheskij Institut im. A.F. Ioffe

Email: timofeysh15@gmail.com

engineer

Russian Federation

Iu. M. Boiko

Fiziko-Texnicheskij Institut im. A.F. Ioffe

Email: yuri.boiko@mail.ioffe.ru

leading researcher

Russian Federation

L. P. Miasnikova

Fiziko-Texnicheskij Institut im. A.F. Ioffe

Email: Liuba.Myasnikova@mail.ioffe.ru

leading Researcher

Russian Federation

V. F. Drobotko

Doneczkij fiziko-texnicheskij institut im. A.A. Galkina

Email: valeriy.drobotko@mail.ru

Candidate of Sciences, docent, Head of the Department

Russian Federation

S. A. Terekhov

FGBNU «Doneczkij fizikotexnicheskij institut im. A.A. Galkina»

Email: terehov030181@xmail.ru

Junior Researcher

Russian Federation

A. P. Borzenko

FGBNU «Doneczkij fiziko-texnicheskij institut im. A.A. Galkina»

Email: marina.1010@mail.ru

Junior researcher

Russian Federation

I. M. Makmak

FGBNU «Doneczkij fiziko-texnicheskij institut im. A.A. Galkina».

Email: ally.makmak66@mail.ru

Candidate of Sciences, docent, Senior Researcher

Russian Federation

O. S. Novak

AO «NPO Speczmaterialov»

Email: o.novak@npo-sm.ru

Deputy Director

Russian Federation

References

  1. Ризванова Е.А., Новак О.С., Сильников Н.М. Переработка волокнистых отходов из СВМПЭ иглопробивным способом для дальнейшего создания войлока // Вопросы оборонной техники. Серия 16. Технические средства противодействия терроризму. 2024. № 3–4 (189–190). С. 152–156.
  2. Сильников Н.М., Новак О.С., Шифрина В.Ю. Повышение защитных характеристик специальных изделий за счет применения полимерной брони // Вопросы оборонной техники. Серия 16. Технические средства противодейст­вия терроризму. 2023. № 7–8 (181–182). С. 122–128.
  3. Сильников Н.М., Фомичев А.Б., Гук И.В. и др. Применение сверхвысокомолекулярного полиэтилена «РУССИЛ» для защиты корпусных конструкций судов в сборнике: новые технологии в судостроении НТС-2023; сб. тр. отраслевой научно-технической конференции. Санкт-Петербург, 2023. С. 141–146.
  4. Silnikov N.M., Guk I.V., Mikhai­lin A.I. et al. Dynamical young’s modulus and internal friction in ultra-high molecular weight polyethy­lene composites // Reviews on Advanced Materials and Technologies. 2022. Vol. 4. No 1. Pp. 14–20.
  5. Сильников Н.М., Новак О.С., Каранин Г.А. Термомеханическое прессование полотна «РУССИЛ» // Вопросы оборонной техники. Серия 16. Технические средства противодействия терроризму. 2023. № 7–8 (181–182). С. 144–146.
  6. Myansikova L.P., Boiko Yu.M., Egorov V.M. et al. Fine structure of UHMWPE reactor powder and its change in mechanical and thermal fields, Chapter 5. Pp. 93–153 in Reactor Powder Morpho­logy ed. by P. Lemstra and L. Myasnikova Nova Sci. Publ., 2011.
  7. Ozerin A.N., Ivanchev S.S., Chvalun S.N. et al. Properties of Oriented Film Tapes Prepared via Solid-State Processing of a Nascent Ultrahigh-Molecular-Weight Polyethylene Reactor Powder Synthesized with a Postmetallocene Catalyst. Polym.Sci., A, 12, 950 (2012).
  8. Smith P., Lemstra P.J. High-strength polye­thy­lene fibres from solution and gel spinning. Macro­mol. Chem., 1979. 180 p. 2983.
  9. Keller A., Pope D.P. Identification of Struc­tural Processes in deformation of Oriented Polye­thylene J. Mater. Sci. 1971. Pp. 453–478.
  10. Марихин В.А., Мясникова Л.П. Надмолекулярная структура полимеров, химия. Ленинград, 1977. 240 c.
  11. Bahadur Sh. The Effect of Hot and Cold Rolling on the Properties of Poly(oxymethylene) // Polymer Journal, 1975. Vol. 7, No 6. Pp. 613–621.
  12. Gezovich D.M. and Geil P.H. Deforma­tion of polyoxymethylene by rolling J. Mater. Sci.,6, 509 (1971)
  13. Morawiec J., Bartczak Z., Kazmierc­zak T., Galeski A. Rolling of polymeric materials with side constraints Materials Science and Engineering A317 (2001). Pp. 21–27.
  14. Joo Y. L., Zhou H., Lee S.-G. et al. Solid-­­State Compaction and Drawing of Nascent Reactor Powders of Ultra-High-Molecular-Weight Poly­ethylene Journal of Applied Polymer Science, Vol. 98, (2005). Pp. 718–730.
  15. Qiu J., Murata T., Wu X., Kudo M. et al. Plastic deformation mechanism of crystal­line polymer materials during the rolling process J Mater Sci (2013) 48:1920–1931.
  16. Дроботько В.Ф., Мясникова Л.П., Борзенко А.П. и др. Двухэтапный метод получения высокопрочных лент СВМПЭ путем твердофазного формования // Физика и техника высоких давлений 2023. Том 33, № 2. С. 86–100.
  17. Дроботько В.Ф. Мясникова Л.П., Макмак И.М. и др. Влияние прокатки на структуру и механические свойства компактированных пленок из порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена // Материалы LXVI Международной конференции «Актуальные проблемы прочнос­ти» (АПП-2023). 23–27 сентября, Зеленогорск, Санкт-Петербург, Россия. C. 67.
  18. Голубев Е.К., Куркин Т.С., Озерин А.Н. Высокопрочные пленочные нити, полученные твердофазной переработкой насцентных реакторных порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена // Известия Академии наук. Серия химическая. 2023. Том 72, № 3. С. 749–762.
  19. New Trends in Physical Science Research Vol. 3, Ch. 9, Discussion on: Structural Changes in UHMWPE Reactor Powders during Sintering under Different Conditions Pp. 89–99, (2022)
  20. Bartczak Z. Influence of molecular para­meters on high-strain deformation of polyethylene in the plane-strain compression. Part II. Strain reco­very Polymer 46, 10339, P. 1033 (2005)
  21. Marikhin V.A., Myasnikova L.P. Structural Basis of high-strength high-modulus polymers, Chapter 2 (Pp. 36–92) in the book Oriented Polymer Materials, ed. by S.Fakirov Huethig &Wepf Verlag Zug Heidelberg (1996), Pp. 512.
  22. Esteves G., Ramos K., Fancher Ch. M., Jones J. L. LIPRAS: Line-Profile Analysis Software. (2017)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

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).