Приготовлены и исследованы композиционные материалы на основе крупнотоннажного полимера — полипропилена и порошкообразного графита. Исследовано влияние предела прочности при растяжении и относительного удлинения от толщины пленки при различных количествах наполнителя. Количество последнего варьировали в широком интервале (от 1 до 7 мас. %). Было установлено, что включение частиц графита в состав полипропиленовой пленки оказывает влияние на его прочность и относительное удлинение. При использовании его в количестве 1–3 % основные механические свойства пленки примерно одинаковы: предел прочности при растяжении составляет в среднем ~42 Мпа, относительное удлинение составляет ~164 %.
Ключевые слова: полипропилен, порошкообразный графит, противоизносные свойства, антифрикционные свойства, предел прочности при растяжении
С целью улучшения физико-механических и других свойств крупнотоннажных полимеров и сополимеров, а также придания им новых дополнительных, широко используются методы, основанные включении в их состав различных добавок из числа наноразмерных частиц металлов, их оксидов, сульфидов, глин и др. [1–5].
Наполненные полимерные материалы нашли применение в различных областях техники. Так, например, металлополимерные материалы, обладающие повышенной тепло- и электропроводностью, высокой магнитной восприимчивостью и способностью экранировать ионизирующее излучение, применяются в электронной и радиотехнической промышленности для создания токопроводящих паст и клеев, в частности, трафаретов печатных пластин, специальных покрытий, фото- и рентгенорезисторов [6]. Используются они и в приборо-, авиа- и ракетостороении.
Особое место среди технически важных наполненных полимеров занимают графитизированные. Созданы различные материалы на основе полиэтилена, полипропилена, эпоксидиановых смол и других полимерных матриц и наноразмерных порошков графита.
В композициях могут использоваться и другие ингредиенты, в том числе, и сшивающие компоненты. Описана композиция, состоящая из эпоксидиановой смолы ЭД-20, отвердителя полиэтиленполиамина в соотношении (10:1мас.) и наночастиц углеродного наполнителя (от 0,05 до 3 %мас.) [7]. Обсуждена возможность формирования в нанокомпозитах электрически связанных (перколляционных) структур нанографитов и выявлена критическая концентрация наполнителя.
Известно [8], что свойства наполненного полимерного материала зависят как от свойств самой полимерной матрицы, так и используемого наполнителя, характера распределения последнего и его размеров, а также природы взаимодействия на границе раздела полимер-наполнитель.
При использовании твердых наполнителей (графита и других) в результате взаимодействия их с полимерной матрицей, уменьшается подвижность макромолекул в гранулированном слое, что существенно отражается на свойствах материала. При этом могут измениться реологические свойства системы в целом. Поэтому проведение целенаправленных исследований по разработке новых композиций с использованием недорогих наполнителей и других добавок является важной задачей.
В настоящей статье приводятся результаты наших исследований по разработке композиционных материалов на основе крупнотоннажного полимера — полипропилена и порошкообразного графита. Количество последнего варьировали в широком интервале (от 1 до 7 мас. %)
Экспериментальная часть
Полимерные композиции, состоящие из рассчитанных количеств промышленного пропилена (марки Moplen) и порошкообразного графита готовились путем их тщательного смешивания на вальцах при температуре 180–1900С (в течение 8–10 мин). Образцы для испытания готовились в виде пленки толщиной ~1–2 мм общепринятым методом. На разрывной машине определяли предел прочности на разрыв и относительное удлинение.
Для получения надежных результатов проводились 3–4 испытания для образцов с одинаковым содержанием наполнителя.
Полученные результаты приводятся в таблице.
Таблица 1
Зависимость предела прочности при растяжении иотносительного удлинения от толщины пленки при различных количествах наполнителя
|
N/N опытов |
Количество наполнителя (графита мас.),% |
Толщина пленки, мм |
Предел прочности при растяжении, МРа |
Относительное удлинение |
|
|
1 % |
1,64 |
46,90 |
184 |
|
|
1 % |
1,58 |
46,44 |
180 |
|
|
1 % |
1,69 |
45,51 |
200 |
|
|
1 % |
1,58 |
44,18 |
180 |
|
Среднее значение |
1,62 |
45,75 |
186 |
|
|
|
3 % |
1,44 |
38,64 |
158 |
|
|
3 % |
1,45 |
40,32 |
146 |
|
|
3 % |
1,47 |
42,70 |
140 |
|
|
3 % |
1,48 |
41,64 |
148 |
|
Среднее значение |
1,46 |
40,8 |
148 |
|
|
|
5 % |
1,43 |
36,2 |
140 |
|
|
5 % |
1,47 |
37,8 |
138 |
|
|
5 % |
1,49 |
37,8 |
142 |
|
|
5 % |
1,51 |
38,0 |
147 |
|
Среднее значение |
1,48 |
37,4 |
142 |
|
|
|
7 % |
1,49 |
35,0 |
105 |
|
|
7 % |
1,56 |
33,7 |
96 |
|
|
7 % |
1,78 |
34,2 |
98 |
|
|
7 % |
1,74 |
34,5 |
102 |
|
Среднее значение |
1,64 |
34,3 |
99, |
|
Как видно из результатов экспериментов, приведенных в таблице, включение частиц графита в состав полипропиленовой пленки оказывает влияние на его прочность и относительное удлинение. При использовании его в количестве 1–3 % основные механические свойства пленки примерно одинаковы: предел прочности при растяжении составляет в среднем ~42 МПа, относительное удлинение составляет ~164 %.
Следует отметить, что использование графитового порошка в количестве 5–7 % несколько снижает эти показатели, что можно объяснить свойствами самого графита (его хрупкостью и невысокой твердостью) Использование его как наполнителя должно существенным образом отражаться на антифрикционных и противоизносных свойствах композита. Кроме того, общеизвестно, что включение графита в межцепные структуры полимеров положительно сказывается на их устойчивости к тепловым воздействиям, что очень важно с точки зрения их применения в различных условиях эксплуатации.
Литература:
- Н. Ю. Ковалева, П. Н. Бревнов. Синтез нанокомпозитов на основе полиэтилена и слоистых силикатов методом интеркалляционной полимеризации. // Высокомолекулярные соединения, — 2004. — Серия Б. — Т. 46. — № 5. — С.1045–1051
- Г. И. Шайдурова, А. В. Малышева. Аналитические исследования по реализации наноструктур в полимерных композициях.// Master’s journals. — 2016. — № 2. — С. 87–92
- G.Sh. Gasimova, N. T. Gahramanov, S. S. Pesetskiy, M. M. Ibrahimova, S.Kh. Gasimzade. Nanocomposites with the improved tribotechnical characteristics on the basis of polyolefins. // The Usa Journal of Applied Sciences. — 2017. — № 4. — Р 6–9.
- М. В. Якемсева, Н. В. Усольцева / Материалы 2 Международной научно-технической конференции «Полимерные композиты и трибология» (ПОЛИКОМТРИБ-2013). ГОМЕЛЬ, — 2013, — С.284–285
- З. Л. Ней, Д. А. Илатовский, В. С. Борисова, В. С. Осипчик, Т. П. Кравченко. Изучение свойств высоконаполненных полиолефиновых композиций. //Успехи в химии и химической технологии, — 2015. — Т. XXIX. — № 10 — С. 41–43
- А. Д. Помогайло, Г. И. Джардималиева. Металлополимерные гибридные нанокомпозиты. / Москва. Наука. — 2015. — 489с.
- П. Г. Скрыльник, А. М. Зиатдинов. Композиты нанографитов и их пленочные структуры // Материалы 10 Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы наук, материаловедение, технология», Москва, 2016, Сборник тезисов докладов, — С.406–407
- Энциклопедия полимеров / Москва, — 1974, — Т. 327
