Радиационная модификация физико-механических свойств изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками
Рассмотрены механизмы повышения микротвердости нанокомпозитов изотактического полипропилена с различным содержанием многостенных углеродных нанотрубок (УНТ) при электронном облучении (Ее=1,8 МэВ) с дозами поглощения 0,2; 0,5 и 1,0 МГр. Изучены кристаллическая структура и микротвердость нанокомпоз...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96390 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Радиационная модификация физико-механических свойств изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками / Т.Н. Пинчук, Т.П. Диденко, О.П. Дмитренко, Н.П. Кулиш, Ю.И. Прилуцкий, Ю.Е. Грабовский, Ю.И. Семенцов, В.В. Шлапацкая // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 4. — С. 275-278. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96390 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Пинчук, Т.Н. Диденко, Т.П. Дмитренко, О.П. Кулиш, Н.П. Прилуцкий, Ю.И. Грабовский, Ю.Е. Семенцов, Ю.И. Шлапацкая, В.В. 2016-03-15T19:28:40Z 2016-03-15T19:28:40Z 2009 Радиационная модификация физико-механических свойств изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками / Т.Н. Пинчук, Т.П. Диденко, О.П. Дмитренко, Н.П. Кулиш, Ю.И. Прилуцкий, Ю.Е. Грабовский, Ю.И. Семенцов, В.В. Шлапацкая // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 4. — С. 275-278. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96390 539.12.04 Рассмотрены механизмы повышения микротвердости нанокомпозитов изотактического полипропилена с различным содержанием многостенных углеродных нанотрубок (УНТ) при электронном облучении (Ее=1,8 МэВ) с дозами поглощения 0,2; 0,5 и 1,0 МГр. Изучены кристаллическая структура и микротвердость нанокомпозитов при концентрации нанотрубок 0,1; 0,05; 0,5; 1,0; 3,0 и 5,0 вес.%. Показано, что изменения степени кристалличности полимерной матрицы, параметров решетки, микротвердости свидетельствуют о сопряжении между компонентами композитов при их облучении. Важную роль играют при этом сшивки внутренних слоев многостенных УНТ, что способствует повышению прочностных свойств полимерных нанокомпозитов. Розглянуто механізми підвищення мікротвердості нанокомпозитів ізотактичного поліпропілена з різним вмістом багатостінних вуглецевих нанотрубок (ВНТ) при електронному опроміненні (Ее=1,8 МеВ) з дозами поглинання 0,2; 0,5 та 1,0 МГр. Вивчено кристалічну структуру та мікротвердість нанокомпозитів при концентрації нанотрубок 0,1; 0,05; 0,5; 1,0; 3,0 і 5,0 ваг.%. Показано, що зміна ступеню кристалічності полімерної матриці, параметрів гратки, мікротвердості свідчать про спряження між компонентами композитів при їх опроміненні. Важливу роль відіграють при цьому зшивки внутрішніх шарів багатостінних ВНТ, що сприяє підвищенню властивостей міцності полімерних нанокомпозитів. Consideration has been given to the mechanisms of enhancing the nanocomposite microhardness of isotactic polypropylene having different content of multiwall carbon nanotubes (CNT) by means of electron irradiation (Ee=1.8 MeV) to absorption doses of 0.2, 05 and 1.0 МGy. The crystal structure and the microhardness of nanocomposites were investigated at nanotube concentrations 0.1, 0.005, 0.5, 1.0, 3.0 and 5.0 wt.%. It is shown that the changes in the degree of polymeric matrix crystallinity, lattice parameters, microhardness give evidence for the conjugation between the composite components during their irradiation. In this case, of importance are the joints of inner layers of multiwall CNT that contribute to the improvement in the strength properties of polymer nanocomposites. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Радиационная модификация физико-механических свойств изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками Радіаційна модифікація фізико-механічних властивостей ізотактичного поліпропілена з багатостінними вуглецевими нанотрубками Radiation modification of physical-mechanical properties of isotactic polypropylene with multiwall carbon nanotubes Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Радиационная модификация физико-механических свойств изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками |
| spellingShingle |
Радиационная модификация физико-механических свойств изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками Пинчук, Т.Н. Диденко, Т.П. Дмитренко, О.П. Кулиш, Н.П. Прилуцкий, Ю.И. Грабовский, Ю.Е. Семенцов, Ю.И. Шлапацкая, В.В. Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| title_short |
Радиационная модификация физико-механических свойств изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками |
| title_full |
Радиационная модификация физико-механических свойств изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками |
| title_fullStr |
Радиационная модификация физико-механических свойств изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками |
| title_full_unstemmed |
Радиационная модификация физико-механических свойств изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками |
| title_sort |
радиационная модификация физико-механических свойств изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками |
| author |
Пинчук, Т.Н. Диденко, Т.П. Дмитренко, О.П. Кулиш, Н.П. Прилуцкий, Ю.И. Грабовский, Ю.Е. Семенцов, Ю.И. Шлапацкая, В.В. |
| author_facet |
Пинчук, Т.Н. Диденко, Т.П. Дмитренко, О.П. Кулиш, Н.П. Прилуцкий, Ю.И. Грабовский, Ю.Е. Семенцов, Ю.И. Шлапацкая, В.В. |
| topic |
Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| topic_facet |
Физика радиационных и ионно-плазменных технологий |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Радіаційна модифікація фізико-механічних властивостей ізотактичного поліпропілена з багатостінними вуглецевими нанотрубками Radiation modification of physical-mechanical properties of isotactic polypropylene with multiwall carbon nanotubes |
| description |
Рассмотрены механизмы повышения микротвердости нанокомпозитов изотактического полипропилена
с различным содержанием многостенных углеродных нанотрубок (УНТ) при электронном облучении
(Ее=1,8 МэВ) с дозами поглощения 0,2; 0,5 и 1,0 МГр. Изучены кристаллическая структура и
микротвердость нанокомпозитов при концентрации нанотрубок 0,1; 0,05; 0,5; 1,0; 3,0 и 5,0 вес.%. Показано,
что изменения степени кристалличности полимерной матрицы, параметров решетки, микротвердости
свидетельствуют о сопряжении между компонентами композитов при их облучении. Важную роль играют
при этом сшивки внутренних слоев многостенных УНТ, что способствует повышению прочностных свойств
полимерных нанокомпозитов.
Розглянуто механізми підвищення мікротвердості нанокомпозитів ізотактичного поліпропілена з різним
вмістом багатостінних вуглецевих нанотрубок (ВНТ) при електронному опроміненні (Ее=1,8 МеВ) з дозами
поглинання 0,2; 0,5 та 1,0 МГр. Вивчено кристалічну структуру та мікротвердість нанокомпозитів при
концентрації нанотрубок 0,1; 0,05; 0,5; 1,0; 3,0 і 5,0 ваг.%. Показано, що зміна ступеню кристалічності
полімерної матриці, параметрів гратки, мікротвердості свідчать про спряження між компонентами
композитів при їх опроміненні. Важливу роль відіграють при цьому зшивки внутрішніх шарів багатостінних
ВНТ, що сприяє підвищенню властивостей міцності полімерних нанокомпозитів.
Consideration has been given to the mechanisms of enhancing the nanocomposite microhardness of isotactic
polypropylene having different content of multiwall carbon nanotubes (CNT) by means of electron irradiation
(Ee=1.8 MeV) to absorption doses of 0.2, 05 and 1.0 МGy. The crystal structure and the microhardness of
nanocomposites were investigated at nanotube concentrations 0.1, 0.005, 0.5, 1.0, 3.0 and 5.0 wt.%. It is shown that
the changes in the degree of polymeric matrix crystallinity, lattice parameters, microhardness give evidence for the
conjugation between the composite components during their irradiation. In this case, of importance are the joints of
inner layers of multiwall CNT that contribute to the improvement in the strength properties of polymer
nanocomposites.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96390 |
| citation_txt |
Радиационная модификация физико-механических свойств изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками / Т.Н. Пинчук, Т.П. Диденко, О.П. Дмитренко, Н.П. Кулиш, Ю.И. Прилуцкий, Ю.Е. Грабовский, Ю.И. Семенцов, В.В. Шлапацкая // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 4. — С. 275-278. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT pinčuktn radiacionnaâmodifikaciâfizikomehaničeskihsvoistvizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT didenkotp radiacionnaâmodifikaciâfizikomehaničeskihsvoistvizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT dmitrenkoop radiacionnaâmodifikaciâfizikomehaničeskihsvoistvizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT kulišnp radiacionnaâmodifikaciâfizikomehaničeskihsvoistvizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT priluckiiûi radiacionnaâmodifikaciâfizikomehaničeskihsvoistvizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT grabovskiiûe radiacionnaâmodifikaciâfizikomehaničeskihsvoistvizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT semencovûi radiacionnaâmodifikaciâfizikomehaničeskihsvoistvizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT šlapackaâvv radiacionnaâmodifikaciâfizikomehaničeskihsvoistvizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT pinčuktn radíacíinamodifíkacíâfízikomehaníčnihvlastivosteiízotaktičnogopolípropílenazbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT didenkotp radíacíinamodifíkacíâfízikomehaníčnihvlastivosteiízotaktičnogopolípropílenazbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT dmitrenkoop radíacíinamodifíkacíâfízikomehaníčnihvlastivosteiízotaktičnogopolípropílenazbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT kulišnp radíacíinamodifíkacíâfízikomehaníčnihvlastivosteiízotaktičnogopolípropílenazbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT priluckiiûi radíacíinamodifíkacíâfízikomehaníčnihvlastivosteiízotaktičnogopolípropílenazbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT grabovskiiûe radíacíinamodifíkacíâfízikomehaníčnihvlastivosteiízotaktičnogopolípropílenazbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT semencovûi radíacíinamodifíkacíâfízikomehaníčnihvlastivosteiízotaktičnogopolípropílenazbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT šlapackaâvv radíacíinamodifíkacíâfízikomehaníčnihvlastivosteiízotaktičnogopolípropílenazbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT pinčuktn radiationmodificationofphysicalmechanicalpropertiesofisotacticpolypropylenewithmultiwallcarbonnanotubes AT didenkotp radiationmodificationofphysicalmechanicalpropertiesofisotacticpolypropylenewithmultiwallcarbonnanotubes AT dmitrenkoop radiationmodificationofphysicalmechanicalpropertiesofisotacticpolypropylenewithmultiwallcarbonnanotubes AT kulišnp radiationmodificationofphysicalmechanicalpropertiesofisotacticpolypropylenewithmultiwallcarbonnanotubes AT priluckiiûi radiationmodificationofphysicalmechanicalpropertiesofisotacticpolypropylenewithmultiwallcarbonnanotubes AT grabovskiiûe radiationmodificationofphysicalmechanicalpropertiesofisotacticpolypropylenewithmultiwallcarbonnanotubes AT semencovûi radiationmodificationofphysicalmechanicalpropertiesofisotacticpolypropylenewithmultiwallcarbonnanotubes AT šlapackaâvv radiationmodificationofphysicalmechanicalpropertiesofisotacticpolypropylenewithmultiwallcarbonnanotubes |
| first_indexed |
2025-11-26T00:17:45Z |
| last_indexed |
2025-11-26T00:17:45Z |
| _version_ |
1850599348061077504 |
| fulltext |
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2009. №4-2.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (94), с. 275-278. 275
УДК 539.12.04
РАДИАЦИОННАЯ МОДИФИКАЦИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ ИЗОТАКТИЧЕСКОГО ПОЛИПРОПИЛЕНА
С МНОГОСТЕННЫМИ УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ
Т.Н. Пинчук1, Т.П. Диденко2, О.П. Дмитренко3, Н.П. Кулиш4,
Ю.И. Прилуцкий5, Ю.Е. Грабовский6*,
Ю.И. Семенцов**, В.В. Шлапацкая***
*Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко,
Киев, Украина
1Е-mail: Pinchuk_Tatiana@ukr.net, 2E-mail: Didenko_T@ukr.net,
3Е-mail: o_dmytrenko@univ.kiev.ua, 4E-mail: n_kulish@univ.kiev.ua,
5E-mail: prylut@biocc.univ.kiev.ua, 6E-mail: grayu@bigmir.net;
**Институт химии поверхности НАН Украины, Киев, Украина
E-mail: ysementsov@tmsm.com.ua;
***Институт физической химии им. Л.В. Писаржевского НАН Украины,
Киев, Украина
Рассмотрены механизмы повышения микротвердости нанокомпозитов изотактического полипропилена
с различным содержанием многостенных углеродных нанотрубок (УНТ) при электронном облучении
(Ее=1,8 МэВ) с дозами поглощения 0,2; 0,5 и 1,0 МГр. Изучены кристаллическая структура и
микротвердость нанокомпозитов при концентрации нанотрубок 0,1; 0,05; 0,5; 1,0; 3,0 и 5,0 вес.%. Показано,
что изменения степени кристалличности полимерной матрицы, параметров решетки, микротвердости
свидетельствуют о сопряжении между компонентами композитов при их облучении. Важную роль играют
при этом сшивки внутренних слоев многостенных УНТ, что способствует повышению прочностных свойств
полимерных нанокомпозитов.
1. ВВЕДЕНИЕ
Механические свойства полимерных композитов
существенно улучшаются при использовании
различных армирующих веществ, c помощью
которых можно сенсибилизировать прочностные,
упругие и электрические свойства, повышать
ударную вязкость композитов [1].
Одним из перспективных армирующих веществ
являются волокна углеродных нанотрубок (УНТ),
которые обладают уникальными физико-
механическими свойствами. Так, теоретические
модели для одностенных УНТ предсказывают
высокое значение модуля Юнга (~1000 ГПа),
сопоставимое с аналогичной величиной для
базисных плоскостей графита. Также УНТ обладают
высокой прочностью на разрыв, которая в несколько
десятков раз превышает соответствующее значение
для высокопрочных сталей [2].
Повышение прочностных свойств полимерных
нанокомпозитов при наполнении матрицы УНТ
достигается лишь в случае возникновения между их
составляющими обменного взаимодействия,
превышающего взаимодействие Ван-дер-Ваальса
[3]. Это относится и к случаю использования в
качестве матрицы изотактического полипропилена.
Следует отметить, что вследствие создания
радиационных повреждений, которые возникают в
результате высокоэнергетического облучения
ионизирующими частицами, можно ожидать
появление дополнительного химического
взаимодействия, которое реализуется за счет
межузельных атомов углерода, как на границе
составляющих нанокомпозитов, так и в их объеме.
В данной работе изучено влияние электронного
облучения на характер сопряжения между
компонентами нанокомпозитов “многостенные УНТ-
изотактический полипропилен”. При различном
содержании УНТ (0,05…5 вес.%) энергия
электронного облучения составляла Ее=1,8 МэВ. Доза
поглощения изменялась в пределах от 0,2 до 1 МГр.
Температура облучения не превышала 323 К.
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Для изготовления нанокомпозитов полипропиле-
на с многостенными УНТ использовался порошок
изотактического полипропилена марки А7.
Синтез многостенных УНТ осуществлялся в
цилиндрическом кварцевом реакторе при подаче в
него и сжигании газовой смеси этилена и водорода с
использованием катализаторов. Для перемешивания
диспергированных катализаторов, которыми
являлись железосодержащие смешанные
гидроксиды металлов, реактор вращался со
скоростью 60…90 с-1. Ось поворота реактора
выбиралась с наклоном 8° к горизонту. Нагревание
реактора проводилось в электропечи с
регулируемой температурой.
Изготовленные УНТ очищались от минеральных
примесей путем протравливания полученной смеси
в растворе NH4F HF:H2O:HCl c соотношением
компонент 150/120/300 мл и последующего ее
промывания в дистилированной воде до
mailto:Didenko_T@ukr.net
mailto:o_dmytrenko@univ.kiev.ua
mailto:n_kulish@univ.kiev.ua
mailto:prylut@biocc.univ.kiev.ua
нейтральной величины pH. Смеси полипропилена с
нанотрубками, концентрация которых составляла
0,05; 0,1; 0,5; 1; 3; 5 вес.%, перемешивались в
горячем эструдере при температуре 450 К со
скоростью вращения 50 об/мин в течение 0,5 ч.
Аналогичным образом перемешивался порошок
чистого изотактического полипропилена. В
дальнейшем расплавы чистого полипропилена и
нанокомпозита пропускались через фильтры с
нержавеющей стали, что позволяло получать
цилиндрические образцы толщиной ~2 мм.
Исследования структуры нанокомпозитов
проводились с использованием метода
рентгеновской дифракции при кобальтовом
излучении ( Coλ = 0,1790 нм). Прочностные свойства
нанокомпозитов определялись путем измерения
микротвердости с использованием прибора ПМТ-3 с
увеличением 487 и нагрузке на алмазную
пирамидку величиной 100 г.
×
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Изотактический полипропилен характеризуется
присутствием двух фаз: кристаллической и
аморфной. Кристаллическая составляющая этого
полимера встречается в двух формах α и β. Для α-
кристаллической фазы структура описывается
моноклинной решеткой Браве с параметрами
а=0,665 нм, b=2,096 нм, c=0,650 нм и углом
β=99,3 град [4].
На рис.1 показано, что с изменением
концентрации УНТ изменяются соотношения
интенсивностей отдельных дифракционных
отражений и смещения пиков. Последнее
проявляется в изменении параметров
кристаллической структуры полипропилена.
Рис.1. Рентгеновская дифракция
от нанокомпозитов изотактического
полипропилена, заполненного
многостенными УНТ с концентрациями
0; 0,05; 0,5; 3; 5 вес.%
В таблице показано изменение параметров
моноклинной решетки, которое наблюдается при
возрастании содержания УНТ.
Известно, что поверхности УНТ являются
эффективными центрами зарождения и роста
кристаллической фазы [5]. Наличие УНТ в случае
кристаллизации полипропилена также приводит к
заметному росту ее скорости.
Параметры решетки нанокомпозитов
при различном содержании УНТ
Многостен-
ные УНТ,
вес.%
а, нм b, нм c, нм
0
0,05
0,1
0,5
3,0
5,0
0,6758
0,6723
0,6777
0,6777
0,6776
0,6760
2,117
2,104
2,116
2,116
2,112
2,113
0,6607
0,6537
0,6574
0,6588
0,6597
0,6560
Видно, что с внедрением УНТ наблюдается
заметное уменьшение параметров а, b и c решетки
нанокомпозитов. Кроме того, наблюдается заметное
уменьшение всех параметров решетки для образцов,
содержащих 0.05 вес.% многослойных УНТ. Такое
поведение параметров решетки обусловлено
влиянием УНТ на организацию макромолекул
полипропилена вследствие возникновения
взаимодействия на границе раздела “полимер-
нанотрубки”.
Следует отметить, что степень кристалличности
и ориентация молекул в полимерной матрице
существенным образом влияет на механические,
оптические и другие свойства полимеров [6].
Изменение степени кристалличности в зависимости
от содержания УНТ и различных доз поглощения
электронного облучения показано на рис.2.
Видно, что для необлученных образцов степень
кристалличности равна 55,0 %. С внедрением
УНТ (0,05 вес.%) ее величина падает до 42,0 % при
концентрации MWCNT 0,05 вес.%. При дальнейшем
увеличении содержания УНТ в композитах до
5 вес.% степень кристалличности возрастает до
64,0%.
Таким образом, несмотря на увеличение степени
кристалличности нанокомпозитов при росте
концентрации УНТ, наполнение нанотрубками
матрицы приводит к снижению содержания
упорядоченной фазы. С воздействием
радиационного облучения наблюдаются сложные
радиационные превращения степени
кристалличности для полипропилена. Так, при
малых дозах электронного облучения (0,2 МГр)
наблюдается увеличение степени кристалличности
до 72% при концентрации УНТ 0.05 вес.%. При
дальнейшем увеличении концентрации УНТ до
5 вес.% степень кристалличности составляет 70%. С
увеличением дозы поглощения до
0,5 МГр наблюдаются сложные зависимости
степени кристалличности от концентрации УНТ.
При данной дозе поглощения максимальное
276
значение степени кристалличности наблюдается при
концентрации УНТ 1 вес.% и составляет 60%. При
дозе поглощения 1,0 МГр значение степени
кристалличности для чистого полипропилена
составляет 55% и резко увеличивается до 70 %
при концентрации УНТ 0,5 вес.%. Максимальное
значение степени кристалличности наблюдается
при концентрации УНТ 3 вес.% и составляет 77%,
что свидетельствует о зависимости радиационных
повреждений в этом полимере от дозы
поглощения.
С
те
пе
нь
к
ри
ст
ал
ли
чн
ос
ти
, %
вес. % УНТ
Рис.2. Зависимость степени кристалличности нанокомпозитов «изотактический полипропилен-УНТ»
от содержания многостенных УНТ при различных дозах поглощения электронного облучения
На рис. 3 показана зависимость микротвердости
нанокомозитов от содержания УНТ для исходного
(необлученного) состояния и после облучения.
Изучение поведения величины микротвердости от
состава нанокомпозитов показывает его сложный
характер в зависимости от концентрации УНТ и
дозы поглощения. Так, при дозе поглощения
0,2 МГр наблюдается увеличение микротвердости
до 0,23 ГПа при концентрации УНТ 0,5 вес.%. При
дальнейшем увеличении концентрации УНТ до
3 вес.% наблюдается диградационный эффект
облучения и падение микротвердости до 0,18 ГПа.
Для дозы поглощения 0,5 МГр максимальное
значение микротвердости составляет 0,22 ГПа при
концентрации нанотрубок 0,05%. Максимальное
значение микротвердости наблюдается при дозе
поглощения 1,0 МГр и составляет 0,26 ГПа.
Н
, Г
П
а
вес. % УНТ
Рис. 3. Зависимость микротвердости нанокомозитов от содержания многостенных УНТ для исходного
(необлученного) состояния и после облучения
277
Рост микротвердости нанокомпозитов
свидетельствует об увеличении их прочностных
свойств, которое является следствием
возникновения сопряжения УНТ с
макромолекулами полимерных звеньев.
Возникновение дополнительных связей, которое
стимулируется за счет радиационных повреждений,
может быть также результатом сшивок внутренних
слоев многостенных УНТ. С возрастанием дозы
поглощения, при котором число межузельных
атомов углерода увеличивается, оба механизма
появления дополнительных химических связей
способствуют улучшению прочностных свойств, что
сопровождается ростом микротвердости.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Нанокомпозиты изотактического полипропилена
с многостенными УНТ в области концентраций
0,05 вес.% УНТ характеризуются наличием
кристаллической α-фазы.
Электронное облучение (Ее=1,8 МэВ) приводит
главным образом к увеличению степени
кристалличности и росту микротвердости
исследуемых нанокомпозитов как в результате
возникновения дополнительных связей, обеспе-
чивающих сопряжение на границе раздела, так и за
счет сшивки внутренних слоёв многостенных УНТ.
ЛИТЕРАТУРА
1. A.H. Barber, Q. Zhao, H.D. Wagner,
C.A. Bailic. Characterization of E-glass–
polypropylene interfaces using carbon nanotubes of
strain sensors // Compos. Sci. Technol. 2004, v. 64,
р. 1915-1919.
2. M-F. Yu, B.S. Files, S. Arepali, R.S. Ruoff.
Tensile loading of ropes of single wall carbon
nanotubes and their mechanical properties // Phys.
Rev. Lett. 2000, v. 84, № 24, p. 5552-5555.
3. А.В. Елецкий. Механические свойства
углеродных наноструктур и материалов на их
основе // УФН. 2007, т. 177, № 3, c. 223-274.
4. А.В. Елецький. Углеродные нанотрубки //
УФН. 2004, т. 174, № 11, с. 1192 – 1200.
5. J. Sandler, G. Broza, M. Notle, K. Schulte,
Y.-M. Lam, M.S.P. Shaffer. Crystallization of carbon
nanotube and nanofiber polypropylene composites //
J. Macrom. Scien B. Physica. 2003, v. 42, № 3-4,
р. 474-488.
6. R.J. Young, S.J. Eichhorn. Deformation
mechanism in polymer fibres and nanocomposites //
Polymer. 2007, v. 48, р. 2-18.
Статья поступила в редакцию 05.09.2008 г.
РАДІАЦІЙНА МОДИФІКАЦІЯ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ
ІЗОТАКТИЧНОГО ПОЛІПРОПІЛЕНА З БАГАТОСТІННИМИ
ВУГЛЕЦЕВИМИ НАНОТРУБКАМИ
Т.Н. Пінчук, Т.П. Діденко, О.П. Дмитренко, Н.П. Куліш, Ю.І. Прилуцький, Ю.Є. Грабовський,
Ю.І. Семенцов, В.В. Шлапацька
Розглянуто механізми підвищення мікротвердості нанокомпозитів ізотактичного поліпропілена з різним
вмістом багатостінних вуглецевих нанотрубок (ВНТ) при електронному опроміненні (Ее=1,8 МеВ) з дозами
поглинання 0,2; 0,5 та 1,0 МГр. Вивчено кристалічну структуру та мікротвердість нанокомпозитів при
концентрації нанотрубок 0,1; 0,05; 0,5; 1,0; 3,0 і 5,0 ваг.%. Показано, що зміна ступеню кристалічності
полімерної матриці, параметрів гратки, мікротвердості свідчать про спряження між компонентами
композитів при їх опроміненні. Важливу роль відіграють при цьому зшивки внутрішніх шарів багатостінних
ВНТ, що сприяє підвищенню властивостей міцності полімерних нанокомпозитів.
RADIATION MODIFICATION OF PHYSICAL-MECHANICAL PROPERTIES OF ISOTACTIC
POLYPROPYLENE WITH MULTIWALL CARBON NANOTUBES
T.N. Pinchuk, T.P. Didenko, O.P. Dmitrenko, N.P. Kulish, Yu.P. Prilutsky, Yu.Ye. Grabovsky,
Yu.I. Sementsov, V.V. Shlapatskaya
Consideration has been given to the mechanisms of enhancing the nanocomposite microhardness of isotactic
polypropylene having different content of multiwall carbon nanotubes (CNT) by means of electron irradiation
(Ee=1.8 MeV) to absorption doses of 0.2, 05 and 1.0 МGy. The crystal structure and the microhardness of
nanocomposites were investigated at nanotube concentrations 0.1, 0.005, 0.5, 1.0, 3.0 and 5.0 wt.%. It is shown that
the changes in the degree of polymeric matrix crystallinity, lattice parameters, microhardness give evidence for the
conjugation between the composite components during their irradiation. In this case, of importance are the joints of
inner layers of multiwall CNT that contribute to the improvement in the strength properties of polymer
nanocomposites.
278
Параметры решетки нанокомпозитов
при различном содержании УНТ
|