Исследование механических свойств графитизированного полипропилена

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

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

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:

1. 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
2. Г. И. Шайдурова, А. В. Малышева. Аналитические исследования по реализации наноструктур в полимерных композициях.// Master’s journals. — 2016. — № 2. — С. 87–92
3. 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.
4. М. В. Якемсева, Н. В. Усольцева / Материалы 2 Международной научно-технической конференции «Полимерные композиты и трибология» (ПОЛИКОМТРИБ-2013). ГОМЕЛЬ, — 2013, — С.284–285
5. 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
6. А. Д. Помогайло, Г. И. Джардималиева. Металлополимерные гибридные нанокомпозиты. / Москва. Наука. — 2015. — 489с.
7. 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
8. Энциклопедия полимеров / Москва, — 1974, — Т. 327