Механизм деформации новых перспективных полимерных композитов на базе 4-аминостирола при высоких локальных напряжениях
Методом радикальной полимеризации получены новые полимерные сшивающиеся слои на основе 4-аминостирола (стирол : бутилметакрилат : аминостирол (ST : BMA : AST)). Изучены механические свойства соединений, a также форма и структура отпечатков индентора. Установлено, что влияние хи...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2006
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70271 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Механизм деформации новых перспективных полимерных композитов на базе 4-аминостирола при высоких локальных напряжениях / Н.А. Палистрант, В.В. Бивол, С.В. Робу, П.С. Смертенко // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 4. — С. 153-158. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860214291137822720 |
|---|---|
| author | Палистрант, Н.А. Бивол, В.В. Робу, С.В. Смертенко, П.С. |
| author_facet | Палистрант, Н.А. Бивол, В.В. Робу, С.В. Смертенко, П.С. |
| citation_txt | Механизм деформации новых перспективных полимерных композитов на базе 4-аминостирола при высоких локальных напряжениях / Н.А. Палистрант, В.В. Бивол, С.В. Робу, П.С. Смертенко // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 4. — С. 153-158. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Методом радикальной полимеризации получены новые полимерные сшивающиеся слои на основе 4-аминостирола (стирол : бутилметакрилат : аминостирол (ST : BMA : AST)). Изучены механические свойства соединений, a также форма и структура отпечатков индентора. Установлено, что влияние химического состава и добавок (СHI3) на микротвердость является существенным, а отпечатки индентора остаются пластичными вплоть до больших нагрузок (200 g). Высказана гипотеза о возможном механизме деформирования новых полимерных композитов при действии высоких локальных напряжений.
New cross-linking polymer layers on the base of aminostyrene which contained chemically active bonds of 4-aminostyrene: styrene : butyl methacrylate : aminostyrene (ST : BMA : AST) were obtained using the method of radical polymerization. The mechanical properties of the polymer composites as well as the form and structure of prints have been investigated. It is obtained that the influence of chemical composition and additives on microhardness is essential and prints remain plastic up to the big loadings (200 g). A hypothesis about the possible deformation mechanism of polymeric composition is suggested.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:15:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
153
PACS: 62.20.�x
Н.А. Палистрант1, В.В. Бивол1, С.В. Робу1, П.С. Смертенко2
МЕХАНИЗМ ДЕФОРМАЦИИ НОВЫХ ПЕРСПЕКТИВНЫХ
ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ НА БАЗЕ 4-АМИНОСТИРОЛА
ПРИ ВЫСОКИХ ЛОКАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ
1Институт прикладной физики Академии наук Молдовы
ул. Академией, 5, г. Кишинэу, МД-2028, Молдова
E-mail: natpal@phys.asm.md
2Институт физики полупроводников НАН Украины
проспект Науки, 115, г. Киев, 03028, Украина
E-mail: smertenko@isp.kiev.ua
Методом радикальной полимеризации получены новые полимерные сшивающиеся
слои на основе 4-аминостирола (стирол : бутилметакрилат : аминостирол
(ST : BMA : AST)). Изучены механические свойства соединений, a также форма и
структура отпечатков индентора. Установлено, что влияние химического состава и
добавок (СHI3) на микротвердость является существенным, а отпечатки индентора
остаются пластичными вплоть до больших нагрузок (200 g). Высказана гипотеза о
возможном механизме деформирования новых полимерных композитов при действии
высоких локальных напряжений.
Введение
В настоящее время большое внимание уделяется полимерным пленкам,
так как они обладают уникальными физическими и химическими свойствами
и находят широкое практическое применение. Новые полимерные композиты
ST : BMA : AST, полученные нами методом радикальной полимеризации, ус-
пешно могут использоваться в качестве сред для тиражирования и хранения
голографической информации (голографических копий) [1,2]. В зависимости
от условий обработки в полимере определенного химического строения могут
формироваться надмолекулярные структуры различных типов, которые обес-
печивают разнообразные комплексы физических свойств. Отсюда существует
много возможностей для вариации последних, и именно в этом своеобразии
заключается главная особенность кристаллических полимеров.
Очень важной группой являются механические свойства полимерных мате-
риалов. Поэтому вполне естественно, что оценку состояния полимера чаще все-
го производят путем изучения его деформации. В работах по изучению меха-
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
154
нических свойств, выполненных на разнообразных полимерных соединениях,
показано, что микротвердость − это структурно-чувствительный параметр, а
индентирование − действенный инструмент для понимания физических про-
цессов, происходящих в материале [3−5]. Однако ввиду огромного разнообра-
зия полимерных материалов и сложности протекания физических процессов
имеющихся в литературе данных, особенно для аминостирольных материалов,
явно недостаточно. В связи с этим в настоящей работе поставлена цель � изу-
чить влияние химического состава и разнообразных добавок на механические
свойства аминостирольных полимерных слоев. Особое внимание уделялось
пониманию физики процессов, протекающих при действии сосредоточенной
нагрузки. На основании полученных данных предложен особый механизм де-
формации, связанный с изменением конформационного набора макромолекул.
Приготовление образцов и методика эксперимента
Исследовали механические свойства новых полимерных композитов
ST : BMA : AST, полученных методом радикальной полимеризации, а также
влияние добавок (СНI3). Краткая характеристика изученных композитов дана в
таблице. Радикальная полимеризация является типичной цепной реакцией. Ана-
лиз показывает, что свободные радикалы присутствуют в реакционной среде от
начала до конца процесса полимеризации [6].
Таблица
Характеристика полимерных композитов на основе аминостирола
Номер
группы Химический состав композита Обозначение образца Процентное со-
держание, mol%
1. Стирол : бутилметакрилат : ами-
ностирол
ST : BMA : AST 40 : 50 : 10
2. Стирол : бутилметакрилат : ами-
ностирол
ST : BMA : AST 30 : 50 : 20
3. Стирол : бутилметакрилат : ами-
ностирол + йод
ST : BMA : AST + CHI3 30 : 50 : 20 + 10
Полимерные композиты деформировали сосредоточенной нагрузкой на
приборе ПМТ-3, в качестве индентора использовали пирамиду Виккерса.
Исследовали зависимости микротвердости Н от нагрузки на индентор Р.
Микротвердость определяли по стандартным формулам [7]. Ошибка изме-
рений Н составляла 3%. Нагрузку изменяли в широком интервале от 0.01 до
2 N. Для обработки полученных результатов применяли дифференциальный
подход. Для этого была создана специальная программа, позволяющая опре-
делить параметр α = dH/dP. Форму и структуру отпечатков изучали посред-
ством атомной, сканирующей и оптической микроскопии.
Результаты и обсуждение
Зависимости микротвердости от нагрузки для исследуемых полимерных
композитов на основе стирола приведены на рис. 1. Видно, что ход кривых
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
155
аналогичен, с ростом нагрузки на ин-
дентор микротвердость уменьшается.
Зависимости такого типа характерны
для гибких материалов (металлов, ке-
рамик, гибридных полимеров), а рез-
кий спад при малых нагрузках обычно
объясняют размерным эффектом [4].
Материалы композитов первой груп-
пы тверже, чем второй, при нагрузках,
больших 20 g. Существенное разу-
прочнение полимеров наблюдается
при введении СНI3 − параметр Н
уменьшается более чем в 2 раза.
На рис. 2 приведены α�Р-зависи-
мости. На данных кривых обнаруже-
ны ярко выраженные экстремумы при
определенных нагрузках для каждой группы композитов. Для выяснения при-
чины появления этих экстремумов были тщательно проанализированы форма и
структура отпечатков, а также возникающие вокруг них картины. Обнаружено,
что для всех материалов отпечатки пластичны вплоть до очень больших (200 g)
нагрузок, однако структура отпечатков существенным образом определяется
химическим составом композитов. Для всех материалов установлена следую-
щая закономерность: отпечатки имеют гладкую поверхность до появления пер-
вого экстремума. Чем больше экстремумов на кривой, тем более сложную
структуру имеют отпечатки. На кривых третьей группы композитов (рис. 3)
четко выраженные полосы, параллельные сторонам отпечатка, имеют место
даже при малых (~ 3 g) нагрузках. Гладкая форма отпечатка в этом случае об-
наружена с помощью атомно-силового микроскопа только при P ∼ 1 g.
а б в
Рис. 2. Зависимость параметра α от нагрузки Р для полимерных композитов: а −
ST : BMA : AST (40 : 50 : 10, mol%); б − ST : BMA : AST (30 : 50 : 20, mol%); в −
ST : BMA : AST + CHI3 (30:50:20 + 10, mol%)
Рис. 1. Зависимость микротвердости Н
от нагрузки P для полимерных компо-
зитов: − ST : BMA : AST (40 : 50 :
: 10, mol%); ○ − ST : BMA : AST (30 :
: 50 : 20, mol%); ∆ − ST : BMA : AST +
+ CHI3 (30 : 50 : 20 + 10, mol%)
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
156
а б
Рис. 3. Вид отпечатков индентора для композитов ST : BMA : AST + CHI3: а − Р ~ 1 g,
б − Р ~ 10 g
Из полученных данных можно предположить, что механизм деформации
при высоких локальных напряжениях обусловлен следующими факторами.
Основной особенностью полимеров, отличающей их от низкомолекулярных
соединений, являются большие значения молекулярных масс. Полимер со-
стоит из квазиодномерных подсистем � длинных цепных молекул. Длина
цепи полимеров намного превышает их поперечные размеры. Эти цепи со-
единяются между собой силами, значительно более слабыми, чем связи ме-
жду атомами в самой молекуле. В этой ситуации в теле возникает новый
масштабный уровень, который характеризует поперечные размеры молекул
и может существенно превышать минимальный масштаб в системе − меж-
атомное расстояние. Наличие такого масштабного уровня обеспечивает воз-
можность образования особых дисклинационных дефектов, присущих толь-
ко макромолекулярным системам [8,9]. Эти дефекты представляют собой
петли микроскопических размеров, охватывающие одну или несколько мо-
лекулярных цепей.
Роль дисклинационных петель молекулярного масштаба определяется
тем, что они оказываются ответственными за пластический изгиб и скручи-
вание макромолекул. Деформирующей силе, приводящей к выпрямлению
скрученных молекул и перемещению их по направлению приложенной на-
грузки, необходимо преодолеть внутри- и межмолекулярные взаимодейст-
вия, препятствующие этим процессам. В дальнейшем наступает медленное
передвижение частично выпрямленных цепей без дополнительного измене-
ния степени свернутости, и в напряженном образце наступает стационарный
режим.
При освобождении образца от нагрузки частично выпрямленные отрезки
через некоторое время, достаточное для преодоления меж- и внутримолеку-
лярного взаимодействия, возвращаются к наиболее вероятной конформации
под влиянием теплового движения. Чем большие напряжения приложены,
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
157
тем дальше передвигаются молекулы и тем больше деформация. Для наших
полимерных композитов на базе аминостирола во всем интервале прило-
женных нагрузок деформирование происходило за счет распрямления и пе-
ремещения цепей без разрыва молекулярных связей.
Выводы
1. Установлено, что процентное содержание химических компонент в
полимерном композите ST : BMA : AST оказывает существенное влияние на
процесс деформации при индентировании.
2. Показано, что введение добавки CHI3 в матрицу полимерного композита
вызывает существенное разупрочнение полимерного материала ST : BMA : AST.
3. На основании полученных данных предложен особый механизм дефор-
мации, связанный с изменением конформационного набора макромолекул.
1. V.V. Bivol, L.A. Vlad, E.A. Akimova, S.V. Robu, G.M. Triduh, A.M. Prisacar, Balkan
Phys. Lett. 5, 401 (1997).
2. V. Bivol, S. Robu, T. Necsoiu, M. Robu, Rom. J. Optoelectronics 8, № 2, 45 (2000).
3. F.X. Perrin, Nguyen Vannhan, J.L. Vernet, Polymer 43, 6159 (2002).
4. V.A. Soloukhin, W. Posthumus, Jose C.M. Brokken-Zijp, Polymer 43, 6169 (2002).
5. Abd El-Kader, A.B. Mansour, El-Lawindy, Polymer Testing 21, 847 (2002).
6. А.М. Шур, Высокомолярные соединения, Высшая школа, Москва (1971).
7. Ю.С. Боярская, Деформирование кристаллов при испытаниях на микротвер-
дость, Штиинца, Кишинев (1972).
8. В.И. Владимиров, Н.А. Перцев, в сб.: Экспериментальное исследование и теоре-
тическое описание дисклинаций (1984), с. 37−64.
9. В.И. Владимиров, А.Е. Романов, Дисклинации в кристаллах, Наука, Ленинград
(1986).
N.A. Palistrant, V.V. Bivol, S.V. Robu, P.S. Smertenko
A MECHANISM OF DEFORMATION OF NEW PROMISING POLYMER
COMPOSITES BASED ON 4-AMINOSTYRENE UNDER HIGH LOCAL
STRESSES
New cross-linking polymer layers on the base of aminostyrene which contained chemi-
cally active bonds of 4-aminostyrene: styrene : butyl methacrylate : aminostyrene (ST :
: BMA : AST) were obtained using the method of radical polymerization. The mechanical
properties of the polymer composites as well as the form and structure of prints have been
investigated. It is obtained that the influence of chemical composition and additives on
microhardness is essential and prints remain plastic up to the big loadings (200 g). A hy-
pothesis about the possible deformation mechanism of polymeric composition is sug-
gested.
Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4
158
Fig. 1. Microhardness H as a function of load P for polymer composites: − ST : BMA : AST
(40 : 50 : 10, mol%); ○ − ST : BMA : AST (30 : 50 : 20, mol%); ∆ − ST : BMA : AST +
+ CHI3 (30 : 50 : 20 + 10, mol%)
Fig. 2. Parameter α as a function of load P for polymer composites: а − ST : BMA : AST
(40 : 50 : 10, mol%); б − ST : BMA : AST (30 : 50 : 20, mol%); в − ST : BMA : AST +
+ CHI3 (30:50:20 + 10, mol%)
Fig. 3. Indenter prints for the ST : BMA : AST + CHI3: а − Р ~ 1 g, б − Р ~ 10 g
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70271 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:15:49Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Палистрант, Н.А. Бивол, В.В. Робу, С.В. Смертенко, П.С. 2014-11-01T16:42:08Z 2014-11-01T16:42:08Z 2006 Механизм деформации новых перспективных полимерных композитов на базе 4-аминостирола при высоких локальных напряжениях / Н.А. Палистрант, В.В. Бивол, С.В. Робу, П.С. Смертенко // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 4. — С. 153-158. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 62.20.-x https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70271 Методом радикальной полимеризации получены новые полимерные сшивающиеся слои на основе 4-аминостирола (стирол : бутилметакрилат : аминостирол (ST : BMA : AST)). Изучены механические свойства соединений, a также форма и структура отпечатков индентора. Установлено, что влияние химического состава и добавок (СHI3) на микротвердость является существенным, а отпечатки индентора остаются пластичными вплоть до больших нагрузок (200 g). Высказана гипотеза о возможном механизме деформирования новых полимерных композитов при действии высоких локальных напряжений. New cross-linking polymer layers on the base of aminostyrene which contained chemically active bonds of 4-aminostyrene: styrene : butyl methacrylate : aminostyrene (ST : BMA : AST) were obtained using the method of radical polymerization. The mechanical properties of the polymer composites as well as the form and structure of prints have been investigated. It is obtained that the influence of chemical composition and additives on microhardness is essential and prints remain plastic up to the big loadings (200 g). A hypothesis about the possible deformation mechanism of polymeric composition is suggested. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Механизм деформации новых перспективных полимерных композитов на базе 4-аминостирола при высоких локальных напряжениях Механізм деформації нових перспективних полімерних композитів на базі 4-аміностиролу при високих локальних напруженнях A mechanism of deformation of new promising polymer composites based on 4-aminostyrene under high local stresses Article published earlier |
| spellingShingle | Механизм деформации новых перспективных полимерных композитов на базе 4-аминостирола при высоких локальных напряжениях Палистрант, Н.А. Бивол, В.В. Робу, С.В. Смертенко, П.С. |
| title | Механизм деформации новых перспективных полимерных композитов на базе 4-аминостирола при высоких локальных напряжениях |
| title_alt | Механізм деформації нових перспективних полімерних композитів на базі 4-аміностиролу при високих локальних напруженнях A mechanism of deformation of new promising polymer composites based on 4-aminostyrene under high local stresses |
| title_full | Механизм деформации новых перспективных полимерных композитов на базе 4-аминостирола при высоких локальных напряжениях |
| title_fullStr | Механизм деформации новых перспективных полимерных композитов на базе 4-аминостирола при высоких локальных напряжениях |
| title_full_unstemmed | Механизм деформации новых перспективных полимерных композитов на базе 4-аминостирола при высоких локальных напряжениях |
| title_short | Механизм деформации новых перспективных полимерных композитов на базе 4-аминостирола при высоких локальных напряжениях |
| title_sort | механизм деформации новых перспективных полимерных композитов на базе 4-аминостирола при высоких локальных напряжениях |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70271 |
| work_keys_str_mv | AT palistrantna mehanizmdeformaciinovyhperspektivnyhpolimernyhkompozitovnabaze4aminostirolaprivysokihlokalʹnyhnaprâženiâh AT bivolvv mehanizmdeformaciinovyhperspektivnyhpolimernyhkompozitovnabaze4aminostirolaprivysokihlokalʹnyhnaprâženiâh AT robusv mehanizmdeformaciinovyhperspektivnyhpolimernyhkompozitovnabaze4aminostirolaprivysokihlokalʹnyhnaprâženiâh AT smertenkops mehanizmdeformaciinovyhperspektivnyhpolimernyhkompozitovnabaze4aminostirolaprivysokihlokalʹnyhnaprâženiâh AT palistrantna mehanízmdeformacíínovihperspektivnihpolímernihkompozitívnabazí4amínostiroluprivisokihlokalʹnihnapružennâh AT bivolvv mehanízmdeformacíínovihperspektivnihpolímernihkompozitívnabazí4amínostiroluprivisokihlokalʹnihnapružennâh AT robusv mehanízmdeformacíínovihperspektivnihpolímernihkompozitívnabazí4amínostiroluprivisokihlokalʹnihnapružennâh AT smertenkops mehanízmdeformacíínovihperspektivnihpolímernihkompozitívnabazí4amínostiroluprivisokihlokalʹnihnapružennâh AT palistrantna amechanismofdeformationofnewpromisingpolymercompositesbasedon4aminostyreneunderhighlocalstresses AT bivolvv amechanismofdeformationofnewpromisingpolymercompositesbasedon4aminostyreneunderhighlocalstresses AT robusv amechanismofdeformationofnewpromisingpolymercompositesbasedon4aminostyreneunderhighlocalstresses AT smertenkops amechanismofdeformationofnewpromisingpolymercompositesbasedon4aminostyreneunderhighlocalstresses |