Влияние армирующих наполнителей на механические характеристики термоэластопластов, разработанных для 3D-печати

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Исследовано влияние армирующих наполнителей различной структуры на физико-механические характеристики термоэластопласта на основе бутадиен-стирольного эластомера с целью дальнейшего применения в аддитивных технологиях при изготовлении эластичных материалов сложной геометрии. Подобраны оптимальные концентрации для графена и углеродных нанотрубок, позволяющие достичь максимального эффекта армирования. Отмечено, что при введении комбинированного наполнителя в полимерную матрицу можно получить синергетический эффект и достичь более высоких физико-механических характеристик за счет различной структуры наполнителя. Показано, что применение 3D-печати наноармированным материалом позволяет достичь более высоких физико-механических характеристик по сравнению со стандартными методами формования.

Full Text

Restricted Access

About the authors

М. В. Тимошенко

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова НИЦ “Курчатовский институт”

Author for correspondence.
Email: timoshe-miknail@mail.ru
Russian Federation, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

М. В. Лисянская

Воронежский государственный институт

Email: timoshe-miknail@mail.ru
Russian Federation, 394018, Воронеж, Университетская пл., 1

М. М. Сычев

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова НИЦ “Курчатовский институт”

Email: timoshe-miknail@mail.ru
Russian Federation, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

В. П. Бритов

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: timoshe-miknail@mail.ru
Russian Federation, 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26

References

  1. Дик Дж.С. Технология резины: Рецептуростроение и испытания / Пер. с англ.; под ред. Шершнева В.А. СПб.: Научные основы и технологии, 2010. 620 с.
  2. Каучук и резина. Наука и технология: монография // Под. ред. Дж. Марка, Б. Эрмана, Ф. Эйрича; пер. с англ. Долгопрудный: Интеллект, 2011. 768 с.
  3. Холден Д., Крихельдорф Х.Р., Куирк Р.П. Термоэластопласты / Пер. с англ. СПб.: Профессия, 2011. 720 с.
  4. Drobny J.G. Handbook of thermoplastic elastomers. New York: William Andrew Inc. 2007.
  5. Корнев А.Е. Технология эластомерных материалов / А.Е. Корнев, А.М. Буканов, О.Н. Шевердяев. М.: НППА Истек, 2009. 504 с.
  6. Voznyakovskii A.P., Neverovskaya A.Yu., Otvalko Ja.A., Gorelova E.V., Zabelina A.N. Facile synthesis of 2D carbon structures as a filler for polymer composites // Nanosystems: physics, chemistry, mathematics. 2018. V. 9 (1). P. 125–128.
  7. Liu M., Papageorgiou D.G., Li S., Lin K., Kinloch I.A., Young R.J. Micromechanics of reinforcement of a graphene-based thermoplastic elastomer nanocomposite // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018. V. 110. P. 84–92.
  8. Lee C., Wei X., Kysar J.W., Hone J. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene // Science. 2008. V. 321. Is. 5887. P. 385–388.
  9. Gong L., Kinloch I.A., Young R.J., Riaz I., Jalil R., Novoselov K.S. Interfacial stress transfer in a graphene monolayer nanocomposite // Adv. Mater. 2010. V. 22 (24). P. 2694–2697.
  10. Papageorgiou D.G., Kinloch I.A., Young R.J. Graphene/elastomer nanocomposites // Carbon. 2015. V. 95. P. 460–484.
  11. Ahmad S.R., Xue C., Young R.J. The mechanisms of reinforcement of polypropylene by graphene nanoplatelets // Mater. Sci. Eng. B. 2017. V. 216. P. 2–9.
  12. Li S., Li Z., Burnett T.L., Slater T.J., Hashimoto T., Young R.J. Nanocomposites of graphene nanoplatelets in natural rubber: microstructure and mechanisms of reinforcement // J. Mater. Sci., 2017. V. 52 (16). P. 9558–9572.
  13. Li Z., Young R.J., Wilson N.R., Kinloch I.A., Vallés C., Li Z. Effect of the orientation of graphene-based nanoplatelets upon the Young’s modulus of nanocomposites // Compos. Sci. Technol. 2016. V. 123. P. 125–133.
  14. Papageorgiou D.G., Kinloch I.A., Young R.J. Mechanical properties of graphene and graphenebased nanocomposites // Prog. Mater. Sci. 2017. V. 90. P. 75–127.
  15. Young R.J., Kinloch I.A., Gong L., Novoselov K.S. The mechanics of graphene nanocomposites: a review // Compos. Sci. Technol. 2012. V. 72 (12). P. 1459– 1476.
  16. Young R.J., Liu M., Kinloch I.A., Li S., Zhao X., Vallés C. The mechanics of reinforcement of polymers by graphene nanoplatelets // Compos. Sci. Technol. 2018. V. 154. P. 110–116.
  17. Namilae S., Chandra N., Shet C. Mechanical behavior of functionalized nanotubes // Chem. Phys. Lett. 2004. V. 387. P. 247–252.
  18. Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon // Nature. 1991. V. 354. P. 56–58.
  19. Zhen S., Kai K., Ica M.Z. Effect of carbon nanotube morphology on properties in thermoplastic elastomer composites for strain sensors // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2019. V. 121. P. 207–212.
  20. Tarawneh M.A., Ahmad S., Chen R.S. Mechanical, thermal, and electrical properties of graphene oxide–multiwalled carbon nanotubes-filled thermoplastic elastomer nanocomposite // Journal of Elastomers & Plastics. 2017. V. 49 (4). P. 345–355.
  21. Nithin C., Sarathchandran C., Anjaly S., Allisson S.F., Sabu T. Quantifying morphological and mechanical properties of thermoplastics elastomers by selective localization of nanofillers with different geometries // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2021. V. 629. № 127365.
  22. Singh P., Singari R.M., Mishra R. Improved mechanical properties of multiwalled carbon nanotube reinforced acrylonitrile butadiene styrene nanocomposites prepared by twin screw extruder // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2024. V. 238 (2). P. 954–964.
  23. Sahu S.K., Rama Sreekanth P.S. Mechanical, thermal and rheological properties of thermoplastic polymer nanocomposite reinforced with nanodiamond, carbon nanotube and graphite nanoplatelets // Advances in Materials and Processing Technologies. 2022. V. 8. № 4. P. 2086–2096.
  24. Hota N.K., Sahoo B.P. Single-walled carbon nanotube filled thermoplastic polyurethane nanocomposites: Influence of ionic liquid on dielectric properties // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 41. P. 216–222.
  25. Stanciu N.V. Thermal, rheological, mechanical, and electrical properties of polypropylene/multi-walled carbon nanotube nanocomposites // Polymers. 2021. V. 13(2). № 187.
  26. Datta S. Carbon nanotube enhanced shape memory epoxy for improved mechanical properties and electroactive shape recovery // Polymer. 2021. V. 212. № 123158.
  27. Roy S., Srivastava S.K., Pionteck J., Mittal V. Mechanically and Thermally Enhanced Multiwalled Carbon Nanotube-Graphene Hybrid filled Thermoplastic Polyurethane Nanocomposites // Macromolecular Materials and Engineering. 2014. V. 300 (3). P. 346–357.
  28. Chen T., Pan L., Lin M., Wang B., Liu L., Li Y., Zhu K. Dielectric, mechanical and electro-stimulus response properties studies of polyurethane dielectric elastomer modified by carbon nanotube-graphene nanosheet hybrid fillers // Polymer Testing. 2015. V. 47. P. 4–11.
  29. Dolmatov V.Yu. Composition materials based on elastomer and polymer matrices filled with nanodiamonds of detonation synthesis // Nanotechnologies in Russia. 2009. V. 14. P. 556–575.
  30. Timoshenko M.V., Balabanov S.V., Sychov M.M., Nikiforov D.I. Development of Material for 3d Printing Based on Thermoplastic Elastomer // Research and Education: Traditions and Innovations / Eds. Khakhomov S., Semchenko I., Demidenko O., Kovalenko D. Singapore: Springer, 2022. P. 285–289.
  31. Timoshenko M.V., Balabanov S.V., Sychev M.M. Application of Thermoplastic Elastomer for 3D Printing by Fused Deposition Modeling (FDM) // Glass. Phys. Chem. 2021. V. 47. P. 502–504.
  32. Timoshenko M.V., Balabanov S.V., Sychev M.M. Thermoplastic Elastomer for 3D Printing by Fused Deposition Modeling // Polym. Sci. Ser. A. 2021. V. 63. P. 652–656.
  33. Timoshenko M.V., Balabanov S.V., Sychov M.M. The Effect of the Introduction of Detonation Nanodiamonds on the Physical and Mechanical Characteristics of Thermoplastic Elastomers // Glass. Phys. Chem. 2023. V. 49. P. 314–318.
  34. Timoshenko M.V., Balabanov S.V., Sychov M.M. Influence of nanofiller distribution on the physical and mechanical characteristics of thermoplastic elastomers // Glass. Phys. Chem. 2023. V. 49. P. 546–553.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. SEM images of GPS grade graphene.

Download (227KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of stress at 80% compressive strain on graphene concentration.

Download (131KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of tensile strength on graphene concentration.

Download (114KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. SEM images of CNTs.

Download (347KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of tensile strength on CNT concentration.

Download (106KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of stress at 80% compression on CNT concentration.

Download (112KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of tensile strength on the content of combined graphene/CNT nanofiller in TPE.

Download (154KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependence of stress at 50% compression on the content of combined graphene/CNT nanofiller in TPE.

Download (158KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences