Модификация свойств композитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена созданием двуслойных покрытий с низкомолекулярным полиэтиленом на частицах наполнителей: влияние состава двуслойного покрытия на структуру и свойства композитов

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Методом полимеризационного наполнения синтезированы композиционные материалы с двуслойным покрытием из сверхвысокомолекулярного ПЭ и ПЭ более низкой молекулярной массы на поверхности частиц наполнителя (Al2O3/сверхвысокомолекулярный ПЭ/ПЭ пониженной молекулярной массы) путем двустадийной последовательной полимеризации этилена. В композитах варьировали соотношение сверхвысокомолекулярный ПЭ : ПЭ пониженной молекулярной массы (полиэтилен) при постоянной молекулярной массе ПЭ, а также молекулярную массу полиэтилена при постоянном соотношении сверхвысокомолекулярный ПЭ : полиэтилен. При этом ПЭ пониженной молекулярной массы является внешним слоем на поверхности частиц композитов, а сверхвысокомолекулярный ПЭ находится непосредственно на поверхности частиц наполнителя. В прессованных композитах с увеличением доли полиэтилена в двуслойном покрытии в обоих случаях наблюдается повышение степени кристалличности и изменение параметров ламелей. Изменяется подвижность полимерных цепей в межкристаллическом аморфном слое. Создание двуслойных покрытий сверхвысокомолекулярный ПЭ/ПЭ пониженной молекулярной массы позволяет модифицировать деформационно-прочностные свойства композитов. Увеличение содержания полиэтилена в композите сопровождается значительным повышением относительного удлинения и модуля упругости композитов, предел прочности при этом снижается.

Full Text

Restricted Access

About the authors

С. С. Гусаров

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: o.i.kudinova@yandex.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

О. И. Кудинова

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: o.i.kudinova@yandex.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

И. А. Маклакова

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: o.i.kudinova@yandex.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

А. Н. Жигач

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: o.i.kudinova@yandex.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

Д. П. Шашкин

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: o.i.kudinova@yandex.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

В. Г. Гринев

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: o.i.kudinova@yandex.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

Т. А. Ладыгина

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: o.i.kudinova@yandex.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

Л. А. Новокшонова

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: o.i.kudinova@yandex.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

А. А. Берлин

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук

Email: o.i.kudinova@yandex.ru
Russian Federation, 119991 Москва, ул. Косыгина, 4

References

  1. Brevnov P.N., Kirsankina G.R., Zabolotnov A.S., Krasheninnikov V.G., Grinev V.G., Berezkina N.G., Sinevich E.A., Shcherbina M.A., Novokshonova L.A. // Polymer Science C. 2016. V. 58. № 1. P. 38.
  2. Kudinova O.I., Nezhnyi P.A., Grinev V.G., Ryvkina N.G., Krasheninnikov V.G., Berezkina N.G., Ladygina T.A., Novokshonova L.A. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2022. V. 16. № 4. P. 764.
  3. He X., Wang Y., Wang Q., Tang Y., Liu B. // J. Macromol. Sci. B. 2016. V. 55. № 10. P. 1007.
  4. Lucas A. de A., Ambrósio J.D., Otaguro H., Costa L.C., Agnelli J.A.M. // Wear. 2011. V. 270. № 9–10. P. 576.
  5. Ahmad M., Wahit M.U., Kadir M.R.A., Dahlan K.Z.M., Jawaid M. // J. Polym. Eng. 2013. V. 33. № 7. P. 599.
  6. Pan X., Huang Y., Zhang Y., Liu B., He X. // Mater. Res. Express, 2019. V. 6. P. 035306.
  7. Wu B., Cai Y., Zhao X., Ye L. // Polymer Testing. 2021. V. 93. P. 106973.
  8. Novokshonova L.A., Meshkova I.N., Ushakova T.M., Grinev V.G., Ladigina T.A., Glutseva N.M., Kudinova O.I., De Boer S. // J. Appl. Polym. Sci. 2003. V. 87. P. 577.
  9. Ruff M., Paulik C. // Macromol. React. Eng. 2012. V. 6. № 8. P. 302.
  10. Stürzel M., Mihan S., Mülhaupt R. // Chem. Rev. 2016. V. 116. № 3. P. 1398.
  11. Ruff M., Lang R.W, Paulik C. // Macromol. React. Eng. 2013. V. 7. № 7. P. 328.
  12. Ushakova T.M., Starchak E.E., Gostev S.S., Grinev V.G., Krasheninnikov V.G., Gorenberg A.Ya., Novokshenova L.A. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2020. V. 14. № 3. P. 504.
  13. Balta-Calleja F.J., Vonk C.G. X-Ray Scattering of Synthetic Polymers. Amsterdam: Elsevier, 1989.
  14. Gusarov S.S., Kudinova O.I., Maklakova I.A., Ryvkina N.G., Gulin A.A., Ladygina T.A., Novokshonova L.A.// Polymer Science B. 2023. V. 65. № 6. P. 946.
  15. Myasnikova L., Baidakova M., Drobot’ko V., Ivanchev S., Ivan’kova E., Radovanoca E., Yagovkina M., Marikhin V., Zubavichus Y., Dorovatovskii P. // J. Macromol. Sci. B. 2019. V. 11. P. 847.
  16. Sewda K., Maiti S.N. //Polym. Bull. 2013. V. 70. Р. 2657.
  17. Khanna Y.P., Turi E.A., Taylor T.J., Vickroy V.V., Abbott R.F. // Macromolecules. 1985. V. 18. P. 1302.
  18. Ferreira E.H.C., Fechine G.J.M. // J. Appl. Polym. Sci. 2020. V. 137. № 38. P. 49604.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. SEM image of the brittle cleavage surface of the pressed Al2O3/ultra-high molecular weight PE/PE composite.

Download (351KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Wide-angle X-ray scattering spectra of pressed Al2O3/ultra-high molecular weight PE/PE composite samples as a function of the ultra-high molecular weight PE: PE ratio in the polymer matrix. The molecular weight of PE is 3 × 104 g/mol, the degree of filling is φ ~ 0.1.

Download (148KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Temperature dependences of the loss modulus of ultra-high-molecular-weight PE with M = 2.0 × 106 g/mol (1), Al2O3/ultra-high-molecular-weight PE composites with M = 2.0 × 106 g/mol (2) and Al2O3/ultra-high-molecular-weight PE/PE (3–5) with a PE molecular weight of 3.7 × 105 (3), 2.5 × 105 (4) and 3.0 × 104 g/mol (5). The ratio of ultra-high-molecular-weight PE: PE is ~ 80 : 20 wt. %, φ ~ 0.3.

Download (93KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependences of the tensile strength and deformation (a) and the elastic modulus (b) of pressed Al2O3/ultra-high molecular weight PE/PE composites on the PE content in the two-layer polymer coating at a constant PE molecular weight of 3 × 104 g/mol and a filling degree of φ ~ 0.1.

Download (157KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Stress-strain diagrams and their initial sections of pressed Al2O3/ultra-high-molecular-weight PE/PE composites depending on the molecular weight of PE in the two-layer coating of filler particles: 1 – Al2O3/ultra-high-molecular-weight PE; 2–4 – Al2O3/ultra-high-molecular-weight PE/PE with a PE molecular weight of 3.7 × 105 (2), 2.5 × 105 (3), and 3.0 × 104 g/mol (4). The ratio of ultra-high-molecular-weight PE: PE is ~ 80 : 20, φ ~ 0.3, MW of ultra-high-molecular-weight PE = 2.0 × 106 g/mol.

Download (78KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences