В’язкопружні властивості наповненого поліетиленгліколю в мегагерцовому діапазоні частот
Для гетерогенних полімерних систем, які отримані на основі поліетиленгліколю, що містить як наповнювач багатошарові карбонові нанотрубки (КНТ), розглянуто поведінку композитів у температурному та ультразвуковому полях за частоти 0,4 MHz. Показано, що в’язкопружні властивості матеріалу залежать від в...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2011
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138120 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | В’язкопружні властивості наповненого поліетиленгліколю в мегагерцовому діапазоні частот / В.В. Клепко, Б.Б. Колупаєв, Е.А. Лисенков, М.О. Волошин // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 1. — С. 18-23. — Бібліогр.: 10 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-138120 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Клепко, В.В. Колупаєв, Б.Б. Лисенков, Е.А. Волошин, М.О. 2018-06-18T08:26:06Z 2018-06-18T08:26:06Z 2011 В’язкопружні властивості наповненого поліетиленгліколю в мегагерцовому діапазоні частот / В.В. Клепко, Б.Б. Колупаєв, Е.А. Лисенков, М.О. Волошин // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 1. — С. 18-23. — Бібліогр.: 10 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138120 539. 199: 541.64 Для гетерогенних полімерних систем, які отримані на основі поліетиленгліколю, що містить як наповнювач багатошарові карбонові нанотрубки (КНТ), розглянуто поведінку композитів у температурному та ультразвуковому полях за частоти 0,4 MHz. Показано, що в’язкопружні властивості матеріалу залежать від вмісту КНТ, температури та лінійних розмірів структуроутворень, які беруть участь у дисипативних процесах. Для гетерогенных полимерных систем, полученных на основе полиэтиленгликоля, который содержит в качестве наполнителя многошаровые карбоновые нанотрубки (КНТ), рассмотрено поведение композитов в температурном и ультразвуковом полях при частоте 0,4 MHz. Показано, что вязкоупругие свойства материала зависят от содержания КНТ, температуры и линейных размеров структурообразований, принимающих участие в диссипативных процессах. For heterogeneous polymer systems, derived from polyethylene glycol, which contains, as an ingredient, the multilayer carbon nanotubes (CNT), the behavior of composites in the temperature and the ultrasonic fields at a frequency of 0.4 MHz was investigated. It was shown that the viscoelastic material properties depend on the content of CNT, temperature and linear dimensions of structure formations, taking part in the dissipative processes. Робота виконана в науковій лабораторії фізики полімерів Рівненського державного гуманітарного університету згідно з спільним планом НДР НАН України та МОН України. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів В’язкопружні властивості наповненого поліетиленгліколю в мегагерцовому діапазоні частот Вязкоупругие свойства наполненного полиэтиленгликоля в мегагерцовом диапазоне частот Viscoelastic properties of the filled polyethylene glycol in the megahertz frequency range Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
В’язкопружні властивості наповненого поліетиленгліколю в мегагерцовому діапазоні частот |
| spellingShingle |
В’язкопружні властивості наповненого поліетиленгліколю в мегагерцовому діапазоні частот Клепко, В.В. Колупаєв, Б.Б. Лисенков, Е.А. Волошин, М.О. |
| title_short |
В’язкопружні властивості наповненого поліетиленгліколю в мегагерцовому діапазоні частот |
| title_full |
В’язкопружні властивості наповненого поліетиленгліколю в мегагерцовому діапазоні частот |
| title_fullStr |
В’язкопружні властивості наповненого поліетиленгліколю в мегагерцовому діапазоні частот |
| title_full_unstemmed |
В’язкопружні властивості наповненого поліетиленгліколю в мегагерцовому діапазоні частот |
| title_sort |
в’язкопружні властивості наповненого поліетиленгліколю в мегагерцовому діапазоні частот |
| author |
Клепко, В.В. Колупаєв, Б.Б. Лисенков, Е.А. Волошин, М.О. |
| author_facet |
Клепко, В.В. Колупаєв, Б.Б. Лисенков, Е.А. Волошин, М.О. |
| publishDate |
2011 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Вязкоупругие свойства наполненного полиэтиленгликоля в мегагерцовом диапазоне частот Viscoelastic properties of the filled polyethylene glycol in the megahertz frequency range |
| description |
Для гетерогенних полімерних систем, які отримані на основі поліетиленгліколю, що містить як наповнювач багатошарові карбонові нанотрубки (КНТ), розглянуто поведінку композитів у температурному та ультразвуковому полях за частоти 0,4 MHz. Показано, що в’язкопружні властивості матеріалу залежать від вмісту КНТ, температури та лінійних розмірів структуроутворень, які беруть участь у дисипативних процесах.
Для гетерогенных полимерных систем, полученных на основе полиэтиленгликоля, который содержит в качестве наполнителя многошаровые карбоновые нанотрубки (КНТ), рассмотрено поведение композитов в температурном и ультразвуковом полях при частоте 0,4 MHz. Показано, что вязкоупругие свойства материала зависят от содержания КНТ, температуры и линейных размеров структурообразований, принимающих участие в диссипативных процессах.
For heterogeneous polymer systems, derived from polyethylene glycol, which contains, as an ingredient, the multilayer carbon nanotubes (CNT), the behavior of composites in the temperature and the ultrasonic fields at a frequency of 0.4 MHz was investigated. It was shown that the viscoelastic material properties depend on the content of CNT, temperature and linear dimensions of structure formations, taking part in the dissipative processes.
|
| issn |
0430-6252 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138120 |
| citation_txt |
В’язкопружні властивості наповненого поліетиленгліколю в мегагерцовому діапазоні частот / В.В. Клепко, Б.Б. Колупаєв, Е.А. Лисенков, М.О. Волошин // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 1. — С. 18-23. — Бібліогр.: 10 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT klepkovv vâzkopružnívlastivostínapovnenogopolíetilenglíkolûvmegagercovomudíapazoníčastot AT kolupaêvbb vâzkopružnívlastivostínapovnenogopolíetilenglíkolûvmegagercovomudíapazoníčastot AT lisenkovea vâzkopružnívlastivostínapovnenogopolíetilenglíkolûvmegagercovomudíapazoníčastot AT vološinmo vâzkopružnívlastivostínapovnenogopolíetilenglíkolûvmegagercovomudíapazoníčastot AT klepkovv vâzkouprugiesvoistvanapolnennogopoliétilenglikolâvmegagercovomdiapazonečastot AT kolupaêvbb vâzkouprugiesvoistvanapolnennogopoliétilenglikolâvmegagercovomdiapazonečastot AT lisenkovea vâzkouprugiesvoistvanapolnennogopoliétilenglikolâvmegagercovomdiapazonečastot AT vološinmo vâzkouprugiesvoistvanapolnennogopoliétilenglikolâvmegagercovomdiapazonečastot AT klepkovv viscoelasticpropertiesofthefilledpolyethyleneglycolinthemegahertzfrequencyrange AT kolupaêvbb viscoelasticpropertiesofthefilledpolyethyleneglycolinthemegahertzfrequencyrange AT lisenkovea viscoelasticpropertiesofthefilledpolyethyleneglycolinthemegahertzfrequencyrange AT vološinmo viscoelasticpropertiesofthefilledpolyethyleneglycolinthemegahertzfrequencyrange |
| first_indexed |
2025-11-25T23:54:29Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:54:29Z |
| _version_ |
1850589228639977472 |
| fulltext |
18
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2011. – ¹ 1. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 539. 199: 541.64
В’ЯЗКОПРУЖНІ ВЛАСТИВОСТІ НАПОВНЕНОГО ПОЛІЕТИЛЕН-
ГЛІКОЛЮ В МЕГАГЕРЦОВОМУ ДІАПАЗОНІ ЧАСТОТ
В. В. КЛЕПКО 1, Б. Б. КОЛУПАЄВ 1, Е. А. ЛИСЕНКОВ 1, М. О. ВОЛОШИН 2
1 Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України, Київ;
2 Рівненський державний гуманітарний університет
Для гетерогенних полімерних систем, які отримані на основі поліетиленгліколю, що
містить як наповнювач багатошарові карбонові нанотрубки (КНТ), розглянуто пове-
дінку композитів у температурному та ультразвуковому полях за частоти 0,4 MHz.
Показано, що в’язкопружні властивості матеріалу залежать від вмісту КНТ, темпе-
ратури та лінійних розмірів структуроутворень, які беруть участь у дисипативних
процесах.
Ключові слова: багатошарові карбонові нанотрубки, в’язкопружні властивості,
дисипативні процеси, нанорозмірні частинки, нанокомпозити, поліетиленгліколь,
ПЕГ-композити.
Існування специфічних в’язкопружних властивостей, обумовлених структу-
рою матеріалу, є особливістю високомолекулярних сполук [1]. При цьому їм ха-
рактерні властивості як пружних тіл, так і рідин [2]. Найбільш повно дослідити
в’язкопружні характеристики полімерів, а відповідно і їх структурні особливості,
можна за допомогою акустичних методів. Зокрема, зміна швидкості і поглинання
хвиль напруги дасть можливість безпосередньо спостерігати за релаксаційними
процесами, досліджувати властивості гетерогенних полімерних систем (ГПС) у
широких температурних діапазонах, вивчати ефекти структуроутворення та їх кі-
нетику під дією різнорідних факторів [3]. Особливо перспективними є дослі-
дження в області ультразвукових частот, оскільки тут найбільш повно проявля-
ється взаємозв’язок між структурою полімеру і його в’язкопружними характерис-
тиками (модулями пружності і внутрішнього тертя) [4]. Результати досліджень
останніх років стверджують, що особливо інтенсивно структуру полімеру можна
направлено змінювати за допомогою нанорозмірних частинок, серед яких особ-
ливе місце належить карбоновим нанотрубкам (КНТ) [5]. Для ГПС на основі по-
ліметилметакрилату [2], полістиролу [1], поліпропілену [3] та інших [5] встанов-
лено, що наявність у них КНТ змінює властивості матеріалу. Однак на даний час
виникла підвищена зацікавленість до можливих направлених змін акустичних
властивостей поліетиленгліколю (ПЕГ) за допомогою КНТ. Це обумовлено тим,
що ці системи починають знаходити широке практичне застосування [6].
Мета роботи – дослідити вплив КНТ на в’язкопружні властивості ПЕГ, вико-
ристовуючи елементи теорії молекулярної акустики [7]. Поведінку ГПС, які міс-
тять 0...1,0 vol.% КНТ, оцінювали дилатометричним методом, а також за темпе-
ратурною залежністю релаксаційного модуля і декременту загасання.
Матеріали та методи випробувань. Поліетиленгліколь, виробництва ком-
панії Aldrich (США) з молекулярною масою 1,5·104, використовували як полімер-
ну матрицю для одержання ГПС. Теплота полімеризації рідкого мономера стано-
вила порядку 109 kJ·mol–1 за молекулярної маси ∼4,4·104 [1]. Багатошарові КНТ
Контактна особа: М. О. ВОЛОШИН, e-mail: voloshinm@ukr.net
19
виробництва ВАТ “Спецмаш” (Україна) виготовлені методом CVD за вмісту мі-
неральних домішок 0,1%. Питома поверхня КНТ 1,9·105 m2·kg–1, зовнішній діа-
метр 40 nm, довжина 5…10 µm. ПЕГ зневоднювали нагріванням у вакуумі впро-
довж 4 h при Т = 360 K та залишковому тиску р = 300 Pa. Нанокомпозити змішу-
вали в рідкій фазі ПЕГ (Т = 330 K) за допомогою УЗ диспергатора УЗД-22/44 за
часу диспергування 20 min. Отримані ГПС за вмісту КНТ 0,5; 0,8 та 1,0 vol.%
витримували при Т = 300 K до переходу в твердий стан. Акустичні властивості
ГПС досліджували на частоті 0,4 MHz імпульсним методом спільно з методом
обертальної пластини за поздовжньої деформації та визначали густину ρ компо-
зитів згідно з працею [8].
Результати експерименту та їх обговорення. Зміна температурної та кон-
центраційної залежності густини ГПС подана в табл. 1. Одержані результати за-
свідчують, що для вихідного ПЕГ та всіх гетерогенних систем на його основі має
місце нелінійне зменшення величини ρ під час зростання температури в діапазоні
293...323 K. Виходячи із закону адитивності мас компонентів ГПС, розрахована
теоретична густина ρth композита [8]:
( )
(1 )
f
p
f
th p f p
f
f
ϕ
ρ = ρ + ρ −ρ
ρ
ϕ + − ϕ
ρ
,
де ρp, ρf – відповідно густина полімера та наповнювача; ϕf – масовий вміст напов-
нювача.
Таблиця 1. Температурна та концентраційна залежність густини ПЕГ-систем
ρеxp, kg/m3
ПЕГ + 1,0 vol.% КНТ ПЕГ + 0,5 vol.% КНТ ПЕГ + 0,3 vol.% КНТ ПЕГ
T,
K
1158 1157 1154 1149 293
1121 1115 1111 1105 298
1089 1082 1077 1070 303
1066 1056 1051 1045 308
1047 1037 1032 1026 313
1037 1025 1021 1016 318
1028 1015 1008 1002 323
Подано (рис. 1) результати зміни густини ∆ρ (∆ρ = ρth – ρexp, де ρexp – експе-
риментальне значення густини матеріалу) для ПЕГ-систем з КНТ (табл. 1). Ха-
рактерно, що при Т = 293 K для всіх систем спостерігається нелінійне зростання
величини ∆ρ за зміни вмісту КНТ у діапазоні 0...1,0 vol.%. Однак при Т = 323 K
величина ∆ρ < 0 (рис. 1), тобто має місце ущільнення композита, яке викликане
орієнтаційною дією активних центрів поверхні КНТ на структурні елементи полі-
мерної матриці, в’язкість якої зменшилась [5].
Отримані значення густини ГПС (табл. 1) згідно з працею [8] дають можли-
вість визначити величину пористості композитів П:
(1 )
1
1
(1 )
f
f p
p
f
f
p f
П
⎡ ⎤ρ
ρ − − ϕ ρ⎢ ⎥
ρ⎢ ⎥⎣ ⎦= −
⎡ ⎤ρ
− ρ⎢ ⎥
ρ − ϕ⎢ ⎥⎣ ⎦
,
20
де ρ – густина ГПС.
Показана (рис. 1) зміна пористості
П залежно від кількісного вмісту КНТ
та температури. Найбільш суттєве змен-
шення пористості при ϕf = 1,0 vol.% і
Т = 323 K вказує на неадитивність стис-
ку полімерної матриці за рахунок дії
сил притягання між боковими групами
ПЕГ та активними центрами поверхні
карбонових нанотрубок, а також різ-
ною величиною коефіцієнта термічного
розширення інгредієнтів під час їх на-
грівання. За вмісту 1,0 vol.% КНТ вели-
чина результуючої зміни ∆ρ в темпера-
турному діапазоні 293...323 K стано-
вить 15 kg·m–3 порівняно з ідеальною
(адитивною) величиною. Значення змі-
ни внутрішнього тиску в системі, що
відповідає даному значенню ∆ρ, з вра-
хуванням величини модуля пружності
ПЕГ [6], становить 3·104 Pa. Відповідно, це реалізується у нелінійній залежності
( )f T ϕρ = ГПС (табл. 1 та рис. 1). Зі зміною густини та пористості ГПС залежно
від вмісту КНТ та температури міняються і в’язкопружні характеристики компо-
зита. Подано (табл. 2 та рис. 2) відповідні зміни швидкості поширення УЗ-коли-
вань υ, дисипації енергії хвиль напруги α, дійсної Е′ та уявної Е″ частин модуля
пружності та тангенса кута втрат tgδ ГПС. Характерно, що зміна густини ГПС
залежно від вмісту КНТ (табл. 1, рис. 1) супроводжується зсувом величин α та
tgδ і кривих релаксаційного модуля Е′ (Е″), як і значень υ, за температурною шка-
лою при ϕf = const. Для вихідного ПЕГ за температурною залежністю величин α
та tgδ в області 298 K ≤ T ≤ 318 K спостерігається інтенсивне зростання втрат
енергії. При Т = 318 K вони набувають максимальних значень.
Рис. 2. Концентраційна залежність в’язкопружних характеристик ПЕГ-систем (Т = 293 K):
1 – υ; 2 – E′; 3 – E″; 4 – α.
Fig. 2. Concentration dependence of viscoelastic properties of PEG-systems (T = 293 K):
1 – υ; 2 – E′; 3 – E″; 4 – α.
Рис. 1. Концентраційна залежність
густини ∆ρ та пористості П ПЕГ-систем:
∆ – T = 293 K; ○ – T = 323 K.
Fig. 1. Concentration dependence
of density, ∆ρ, and porosity, П,
of PEG (polyethyleneglycol)-systems:
∆ – T = 293 K; ○ – T = 323 K.
21
Зі зростанням вмісту карбонових нанотрубок у ПЕГ, починаючи з
ϕf ≥ 0,5 vol.%, має місце значне зміщення tgδ та α в область більш високих тем-
ператур, з характерним прагненням до максимального значення при Т > 323 K.
Таблиця 2. Температурна та концентраційна залежність в’язкопружних
характеристик ПЕГ-систем
ПЕГ + 0,3 vol.% КНТ ПЕГ
tgδ α,
Np/m
Е″·10–8,
N/m2
Е′·10–9,
N/m2
υ,
m/s tgδ α,
Np/m
Е″·10–8,
N/m2
Е′·10–9,
N/m2
υ,
m/s
T, K
0,258 203 6,98 2,71 1570 0,399 319 9,40 2,36 1513 293
0,248 203 6,00 2,42 1510 0,385 319 8,21 2,14 1463 298
0,258 218 5,66 2,20 1463 0,413 349 8,01 1,94 1427 303
0,269 234 5,40 2,01 1419 0,446 387 7,76 1,76 1381 308
0,302 271 5,45 1,81 1367 0,492 435 7,77 1,58 1344 313
0,344 320 5,57 1,62 1313 0,561 503 7,91 1,41 1304 318
0,333 320 5,03 1,51 1274 0,540 503 7,14 1,32 1263 323
ПЕГ + 1,0 vol.% КНТ ПЕГ + 0,5 vol.% КНТ
tgδ α,
Np/m
Е″·10–8,
N/m2
Е′·10–9,
N/m2
υ,
m/s tgδ α,
Np/m
Е″·10–8,
N/m2
Е′·10–9,
N/m2
υ,
m/s
T, K
0,160 120 4,99 3,12 1658 0,199 150 6,11 3,08 1654 293
0,177 139 4,90 2,77 1590 0,203 160 5,47 2,69 1578 298
0,184 149 4,66 2,53 1543 0,210 171 5,07 2,42 1520 303
0,190 160 4,32 2,28 1481 0,215 184 4,64 2,16 1455 308
0,193 171 3,89 2,02 1407 0,220 197 4,26 1,93 1390 313
0,210 196 3,73 1,78 1332 0,228 211 4,05 1,77 1341 318
0,229 225 3,61 1,58 1263 0,254 245 4,03 1,59 1281 323
Відповідні зміни інших в’язкопружних характеристик ГПС, коли 0 ≤ ϕf ≤
≤ 1,0 vol.% КНТ, теж мають місце при 293 K ≤ T ≤ 323 K (табл. 2, рис. 3). Аналіз
концентраційної залежності величин Е′, Е″, υ, tgδ, α та ρ при 293 K ≤ T ≤ 323 K
показує, що максимальна їх зміна відбувається в діапазоні 0,3 ≤ ϕf ≤ 0,5 vol.%
КНТ. У цій області вмісту наповнювача криві концентраційної залежності в’язко-
пружних характеристик та густини мають максимальну крутизну, яка поступово
вироджується (коли ϕf > 0,5 vol.%) в область “плато”. Одержані результати вказу-
ють на зменшення активності наповнювача ПЕГ зі зростанням його вмісту понад
0,5 vol.% КНТ. У першу чергу це зумовлено тим, що активні центри поверхні
КНТ блокуються атомами кисню мономерної ланки, частина з яких, завдяки си-
лам полярної взаємодії, вже прореагували з поверхнею наповнювача. Якщо при-
пустити, що під дією активних центрів поверхні КНТ та ентропійних факторів
макромолекули ПЕГ змінюють свої кінетичні характеристики за рахунок виник-
нення поперечних зв’язків, утворюючи просторову сітчасту структуру, тоді з
умови, що модуль зсуву такої сітки NkTσ = , визначимо число структурних еле-
ментів N в одиниці об’єму, які беруть участь у деформації під дією хвилі напруги
[9]. Враховуючи, що між Е (де 2 2 1/ 2( )Е E Е′ ′′= + ) та σ (де σ – модуль зсуву) існує
взаємозв’язок [3]
22
1
2
Е
ν = −
σ
,
де ν – коефіцієнт Пуассона, значення якого для ПЕГ-систем при 293 K ≤ T ≤ 323 K
приймаємо рівним 0,5, маємо Е = 3σ. Відповідно знаходимо, що
/(3 )N E kT= .
Рис. 3. Температурна залежність в’язкопружних характеристик ПЕГ-систем:
◊ – ПЕГ; □ – ПЕГ + 0,3 vol.% КНТ; ∆ – ПЕГ + 0,5 vol.% КНТ;
○ – ПЕГ + 1,0 vol.% КНТ; α (♦ , ■ , ▲ , ●); Е′ (□ , ∆ ); υ ( ◊ , ○ ).
Fig. 3. Temperature dependence of viscoelastic characteristics of PEG-systems:
◊ – PEG; □ – PEG + 0.3 vol.% CNT; ∆ – PEG + 0.5 vol.% CNT;
○ – PEG + 1.0 vol.% CNT; α (♦ , ■ , ▲ , ●); Е′ (□ , ∆ ); υ ( ◊ , ○ ).
Здійснені розрахунки показали, що сили полярних взаємодій між атомами
оксигену та гідрогенних зв’язків, які обумовлюють наявність міжмолекулярних
сил, забезпечують сукупність структурних елементів в одиниці об’єму системи
1,92·1029 m–3. При цьому за наявності 1,0 vol.% КНТ їх кількість зростає на 35% і
становить відповідно 2,50·1029 m–3. У свою чергу, це призводить до відповідних
змін величини ∆ρ ГПС за підвищення температури від 293 K до 323 K (див. рис. 1).
Використовуючи феноменологічний підхід [4], розглянемо поглинання УЗ-
хвилі, обумовлене об’ємною в’язкістю ПЕГ-композитів [9]. Для досліджуваного
випадку поздовжньої деформації ГПС величину об’ємної в’язкості стиску (або
розтягу) χ визначимо як 2 2/Тχ = γ λ ν , де γ – коефіцієнт Грюнайзена; λ – кое-
фіцієнт теплопровідності системи [4].
З умови, що будь-який релаксаційний процес супроводжується виникненням
величини χ [9], вдається визначити лінійні розміри l структурних елементів, які
беруть участь у дисипації енергії УЗ-коливань за рахунок ефекту стиск–розтяг
системи [10]:
1/3
4kTl ⎛ ⎞τ
= ⎜ ⎟πχ⎝ ⎠
,
де τ – час релаксації структурного елемента. З умови 0 exp( / )W RTτ = τ , де
τ0 = 10–13 s; W ≈ 24 kJ·mol–1, визначили числове значення τ ГПС; за величину λ
ГПС приймали коефіцієнт теплопровідності вихідного ПЕГ [1]. Здійснені розра-
23
хунки величини l показали, що при Т = 318 K, яка відповідає максимальному зна-
ченню втрат механічної енергії в ПЕГ (табл. 2), вона становить 6,0 Å. Для систе-
ми ПЕГ + 1,0 vol.% КНТ ця величина за аналогічних ізотермічних умов дорівнює
8,2 Å. Зростання ефективної довжини структурного елемента ПЕГ за рахунок
модифікації системи карбоновими нанотрубками вмістом 0...1,0 vol.% вказує на
структурне впорядкування композита, що проявляється у зменшенні тангенса ку-
та втрат, а також у загасанні хвиль напруги УЗ-коливань зі збільшенням кількості
КНТ у ПЕГ (див. табл. 2, рис. 2).
ВИСНОВКИ
Таким чином, за зміни вмісту наповнювача в ПЕГ у вигляді багатошарових
карбонових нанотрубок у діапазоні 0...1,0 vol.% спостерігається ущільнення ком-
позитів, яке викликане енергетичною взаємодією між активними центрами по-
верхні та структурними елементами полімерної матриці. Виявлено також зміну
інших макрохарактеристик ПЕГ-систем з максимумами їхніх величин за вмісту
1,0 vol.% КНТ. Це відкриває можливість у дослідженому діапазоні вмісту на-
повнювача скеровано регулювати дисипацією енергії системою, часом релаксації
структурного елемента та модулем в’язкопружності.
Отримані полімерні нанокомпозити можуть слугувати базою для їхнього вико-
ристання як вібропоглинаючих елементів конструкцій та акустичних ліній затримки.
РЕЗЮМЕ. Для гетерогенных полимерных систем, полученных на основе полиэти-
ленгликоля, который содержит в качестве наполнителя многошаровые карбоновые нано-
трубки (КНТ), рассмотрено поведение композитов в температурном и ультразвуковом по-
лях при частоте 0,4 MHz. Показано, что вязкоупругие свойства материала зависят от со-
держания КНТ, температуры и линейных размеров структурообразований, принимающих
участие в диссипативных процессах.
SUMMARY. For heterogeneous polymer systems, derived from polyethylene glycol, which
contains, as an ingredient, the multilayer carbon nanotubes (CNT), the behavior of composites in
the temperature and the ultrasonic fields at a frequency of 0.4 MHz was investigated. It was
shown that the viscoelastic material properties depend on the content of CNT, temperature and
linear dimensions of structure formations, taking part in the dissipative processes.
Робота виконана в науковій лабораторії фізики полімерів Рівненського дер-
жавного гуманітарного університету згідно з спільним планом НДР НАН Украї-
ни та МОН України.
1. Френкель С. Я. Макромолекула // Энциклопедия полимеров. – М.: Сов. энциклоп.,
1974. – Т. 2. – С. 100–133.
2. Хохлов А. Р. Структура и свойства твердых полимеров // Высокомолек. соед., А.
– 2009. – 51, № 1. – С. 37–65.
3. Перепечко И. И. Акустические методы исследования полимеров. – Л.: Химия, 1976. – 316 с.
4. Фононная релаксация и внуреннее трение в гетерогенных системах на основе поливи-
нилхлорида / Б. Б. Колупаев, В. В. Клепко, Е. В. Лебедев, Б. С. Колупаев // Высокомо-
лек. соед., А. – 2010. – 52, № 2. – С. 249–253.
5. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. – М.: Физматлит, 2005. – 218 с.
6. Андриевский Р. А., Рагуля А. В. Наноструктурные материалы. – М.: Академия, 2005. – 286 с.
7. Френкель С. Я., Цыгельный И. М., Колупаев Б. С. Молекулярная кибернетика. – Львов:
Свит, 1990. – 186 с.
8. Колупаев Б. С. Релаксационные и термические свойства наполненных полимерных
систем / Под ред. С. Я. Френкеля. – Львов: ЛГУ, 1980. – 203 с.
9. Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П. Основы молекулярной акустики. – М.:
Наука, 1964. – 514 с.
10. Klepko V. V., Kolupaev B. B., and Lebedev E. V. Energy Dissipation and Modulus Defect
in Heterogeneous Systems Based on Flexible-Chain Linear Polymers // J. Polymer Science,
Series B. Polymer Chemistry. – 2007. – 49, № 1–2. – Р. 18–23.
Одержано 24.11.2010
|