|
DOI: 10.14489/hb.2020.09.pp.003-007
Атлуханова Л. Б., Козлов Г. В.
МЕХАНИЗМЫ УСИЛЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТОВ ПОЛИУРЕТАН/УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ
(c. 3-7)
Аннотация. Дан теоретический анализ высоких значений степени усиления нанокомпозитов полиуретан/углеродные нанотрубки. Для этого использованы две микромеханические модели, показавшие идентичные результаты. Указанные модели продемонстрировали, что решающую роль в усилении рассматриваемых нанокомпозитов играют плотноупакованные высокомодульные межфазные области, которые служат таким же армирующим элементом структуры нанокомпозита, как и собственно нанонаполнитель (углеродные нанотрубки). Формирование межфазных областей определяется сильными взаимодействиями полимерная матрица–нанонаполнитель. Это означает, что эффективность нанонаполнителя контролируется его способностью генерировать плотноупакованные межфазные области. Так же важно указать, что любая микромеханическая модель, включая правило смесей, корректно описывает модуль упругости полимерных нанокомпозитов, если в ней используются реальные, а не номинальные характеристики нанонаполнителя. Содержание межфазных областей в нанокомпозите контролируется структурой нанонаполнителя. Это позволяет получить важный практический вывод – для реализации максимальной степени усиления необходимо создать структуру нанонаполнителя, позволяющую генерировать наибольшее содержание межфазных областей. Отсутствие межфазных областей приводит к снижению модуля упругости нанокомпозита по сравнению с матричным полимером.
Ключевые слова: нанокомпозит; полиуретан; углеродные нанотрубки; структура; уровень анизотропии; межфазные области; степень усиления.
Atlukhanova L. B., Kozlov G. V.
THE MECHANISMS OF REINFORCEMENT OF NANOCOMPOSITES POLYURETHANE/CARBON NANOTUBE
(pp. 3-7)
Abstract. The aim of present work is theoretical analysis of high values of reinforcement degree of nanocomposites polyurethane/carbon nanotube. For this two micromechanical models were used, showing identical results. The indicated models demonstrated, that densely-packed high-modulus interfacial regions, which serve the same reinforcing element of nanocomposite structure, as and nanofiller (carbon nanotubes) actually. The formation of interfacial regions defines by strong interactions polymer matrix – nanofiller. This means that nanofiller efficiency is controlled by its ability to generate densely-packed interfacial regions. It is important also to point out, that any micromechanical model, including mixtures rule, describes correctly modulus of elasticity of polymer nanocomposites, if in it real, but not nominal, characteristics of nanofiller were used. The content of interfacial regions in nanocomposite is controlled by structure of nanofiller. This allows to obtain important practical conclusion – for realization maximum degree of reinforcement it is necessary to cause structure of nanofiller, allowing to generate greatest content of interfacial regions. Absence of interfacial regions results to reduction of modulus of elasticity of nanocomposite in comparison with matrix polymer.
Keywords: Nanocomposite; Polyurethane; Carbon nanotubes; Structure; Anisotropy level; Interfacial regions; Reinforcement degree.
Л. Б. Атлуханова (ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский университет», Махачкала, Россия,
Г. В. Козлов (ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», Нальчик, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
L. B. Atlukhanova (FSBEI HE “Dagestan State Medical University”, Makhachkala, Russia)
G. V. Kozlov (FSBEI HE “Kh. M. Berbekov Kabardino-Balkarian State University”, Nal’chik, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Елецкий А. В. Механические свойства углеродных наноструктур и материалов на их основе // Успехи физических наук. 2007. Т. 177, № 3. С. 234 – 274.
2. Schaefer D. W., Justice R. S. How Nano are Nanocomposites? // Macromolecules. 2007. V. 40, No. 24. P. 8501 – 8517.
3. Deformation – Morphology Correlations in Electrically Conductive Carbon Nanotube – Thermoplastic Polyurethane Nanocomposites / H. Koerner, W. Liu, M. Al-exander et al. // Polymer. 2005. V. 46, No. 12. P. 4405 – 4420.
4. Aggregation Behavior of Single-walled Carbon Nanotubes in Dilute Aqueos Suspension / Q. Chen, C. Saltiel,
S. Manickavasagam et al. // J. Colloid Interf. Sci. 2004. V. 280, No. 1. P. 91 – 97.
5. Synthesis and Characterization of Multi-walled Carbon Nanotubes Reinforced Polyamide-6 Via in Situ Polymerization / C. Zhao, G. Hu, S. Zhang et al. // Polymer. 2005. V. 46, No. 14. P. 5125 – 5132.
6. Bridge B. Theoretical Modeling of the Critical Volume Fraction for Percolation Conductivity in Fibre-loaded Conductive Polymer Composites // J. Mater. Sci. Lett. 1989. V. 8, No. 2. P. 102–103.
7. Witten T. A., Rubinstein M., Colby R. H. Reinforcement of Rubber by Fractal Aggregates // Phys. II France. 1993. V. 3, No. 3. P. 367 – 383.
8. Микитаев А. К., Козлов Г. В., Заиков Г. Е. Полимерные нанокомпозиты: многообразие структурных форм и приложений. М.: Наука, 2009. 278 с.
9. Микитаев А. К., Козлов Г. В. Зависимость степени усиления нанокомпозитов полиметилметакрилат/функционализированные углеродные нанотрубки от структуры нанонаполнителя // Физика и химия обработки материалов. 2015. № 4. С. 65 – 69.
10. Микитаев А. К., Козлов Г. В. Моделирование углеродных нанотрубок (нановолокон) как макромолекулярных клубков. // Известия ВУЗов. Физика. 2015. Т. 58, № 8. С. 3 – 7.
11. Kozlov G. V., Yanovskii Yu. G., Zaikov G. E. Modern Experimental and Theoretical Analysis Methods of Particulate-filled Nanocomposites Structure // In book: Modeling and Prediction of Polymer Nanocomposites Properties / Ed. Mittal V. Singapore: Wiley-VCH Verlag GmbH, 2012. P. 39 – 62.
12. Козлов Г. В. Структура и свойства дисперсно-наполненных полимерных нанокомпозитов. // Успехи физических наук. 2015. Т. 185, № 1. С. 35 – 64.
13. Reinforcement of Polymers with Carbon Nano-tubes. The Role of an Ordered Polymer Interfacial Region. Experiment and Modeling / J. N. Coleman, M. Cadek, K. P. Ryan et al. // Polymer. 2006. V. 47, No. 23. P. 8556 – 8561.
14. Jeong W., Kessler M. R. Toughness Enhancement in ROMP Functionalized Carbon Nano-tube/polydicyclopentadiene Composites // Chem. Mater. 2008. V. 20, No. 22. P. 7060 – 7068.
15. Моделирование влияния неидеальной адгезионной связи на упругие свойства дисперсно-наполненного композита / Н. Н. Кнунянц, М. А. Ляпунова, Л. И. Маневич и др. // Механика композитных материалов. 1986. Т. 220, № 2. С. 231 – 234.
1. Eletskiy A. V. (2007). Mechanical properties of carbon nanostructures and materials based on them. Uspekhi fizicheskih nauk, Vol. 177, (3), pp. 234 – 274. [in Russian language]
2. Schaefer D. W., Justice R. S. (2007). How Nano are Nanocomposites? Macromolecules, Vol. 40, 24, pp. 8501 – 8517.
3. Koerner H., Liu W., Alexander M. et al. (2005). Deformation – Morphology Correlations in Electrically Conductive Carbon Nanotube – Thermoplastic Polyurethane Nanocomposites. Polymer, Vol. 46, (12), pp. 4405 – 4420.
4. Chen Q., Saltiel C., Manickavasagam S. et al. (2004). Aggregation Behavior of Single-walled Carbon Nanotubes in Dilute Aqueos Suspension. Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 280, (1), pp. 91 – 97.
5. Zhao C., Hu G., Zhang S. et al. 2005). Synthesis and Characterization of Multi-walled Carbon Nanotubes Reinforced Polyamide-6 Via in Situ Polymerization. Polymer, Vol. 46, 14, pp. 5125 – 5132.
6. Bridge B. (1989). Theoretical Modeling of the Critical Volume Fraction for Percolation Conductivity in Fibre-loaded Conductive Polymer Composites. Journal of Materials Science Letters, Vol. 8, (2), pp. 102–103.
7. Witten T. A., Rubinstein M., Colby R. H. (1993). Reinforcement of Rubber by Fractal Aggregates. Journal de Physique II, Vol. 3, (3), pp. 367 – 383.
8. Mikitaev A. K., Kozlov G. V., Zaikov G. E. (2009). Polymer nanocomposites: variety of structural forms and applications. Moscow: Nauka. [in Russian language]
9. Mikitaev A. K., Kozlov G. V. (2015). Dependence of the degree of reinforcement of polymethyl methacrylate / functionalized carbon nanotubes nanocomposites on the structure of the nanofiller. Fizika i himiya obrabotki materialov, (4), pp. 65 – 69. [in Russian language]
10. Mikitaev A. K., Kozlov G. V. (2015). Modeling carbon nanotubes (nanofibers) as macromolecular coils. Izvestiya VUZov. Fizika, Vol. 58, (8), pp. 3 – 7. [in Russian language]
11. Mittal V. (Ed)., Kozlov G. V., Yanovskii Yu. G., Zaikov G. E. (2012). Modern Experimental and Theoretical Analysis Methods of Particulate-filled Nanocomposites Structure. In book: Modeling and Prediction of Polymer Nanocomposites Properties, pp. 39 – 62. Singapore: Wiley-VCH Verlag GmbH.
12. Kozlov G. V. (2015). Structure and properties of dispersed-filled polymer nanocomposites. Uspekhi fizicheskih nauk, Vol. 185, (1), pp. 35 – 64. [in Russian language]
13. Coleman J. N., Cadek M., Ryan K. P. et al. (2006). Reinforcement of Polymers with Carbon Nanotubes. The Role of an Ordered Polymer Interfacial Region. Experiment and Modeling. Polymer, Vol. 47, 23, pp. 8556 – 8561.
14. Jeong W., Kessler M. R. (2008). Toughness Enhancement in ROMP Functionalized Carbon Nano-tube/polydicyclopentadiene Composites. Chemistry of Materials, Vol. 20, 22, pp. 7060 – 7068.
15. Knunyants N. N., Lyapunova M. A., Manevich L. I. et al. (1986). Modeling the Influence of Imperfect Adhesive Bonding on the Elastic Properties of a Dispersed-Filled Composite. Mekhanika kompozitnyh materialov, Vol. 220, (2), pp. 231 – 234. [in Russian language]
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/hb.2020.09.pp.003-007
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/hb.2020.09.pp.003-007
and fill out the form
.
|
Архив номеров
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»