Вплив вуглецьвмісної магнітної нанодисперсної добавки на структуру та електрофізичні властивості композитних монониток на основі поліпропілену
There were PP- and iron-containing, fibrous, carbon- and nanodispersed-addition-based composite fibers prepared. There were addition content equals of 5.0%mass. There were blend of isotactic PP and addition homogenized in melt with one-screw lab extruder. There were zonal temperature on extruder equ...
Gespeichert in:
| Datum: | 2021 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/735 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291900030156800 |
|---|---|
| author | Дзюбенко, Л. С. Горбик, П. П. Сап'яненко, О. О. Резанова, Н. М. |
| author_facet | Дзюбенко, Л. С. Горбик, П. П. Сап'яненко, О. О. Резанова, Н. М. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Л. С. Дзюбенко",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "П. П. Горбик",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "О. О. Сап'яненко",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "Н. М. Резанова",
"institution": "Київський національний університет технологій та дизайну"
}
] |
| author_sort | Дзюбенко, Л. С. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-02-21T13:55:09Z |
| description | There were PP- and iron-containing, fibrous, carbon- and nanodispersed-addition-based composite fibers prepared. There were addition content equals of 5.0%mass. There were blend of isotactic PP and addition homogenized in melt with one-screw lab extruder. There were zonal temperature on extruder equals of 230-250 o C. There were strangs receiving in bath of water and threated with knife granulation. Then, there were granules drying on air during 5h, and, then in thermal vacuum oven at 80±5 o C during 3h. Then, there are monofiber of 1 mm’s diameter formed on lab stand. Then, from one formed those others monofibers of different values of spinneret drawing (Фв, %). There were Фв  for monofibers equals of 300 and 500%. Then, there were formed monofibers threated with thermoorientational drawing process at 150 oC. Then, there were monofibers of Фв value, which equals of 300%, drawn till draw degree λ=6, but, those others of Фв value, which equals of 500% - to λ=4. It is succeed, for composite monofibers, that orientational drawing process has had realized, until to the same value, as well as for one of virgin PP. But, when at formation and thermoorientational drawing processes, there were placing much number of breaks, as compared with monofiber of pure PP. When studying the structure with SEM technique, there was revealed microfibrillar structure of composite monofiber. When using optical microscopy, then there was determined irregularity for distribution of addition’s particles, leading to disproportional distribution of tension values at loading. It is revealed, for composite monofiber, at given value for content of addition, that electrical conductivity phenomenon is absent here. There are real ε’and imaginal ε’’ parts of complex dielectrical permittivity phenomenon, on frequency of 9 GHz, equals of 2.1 and 0.2, accordingly. It is established, that pure, non-drawn and composite monofiber itrinsically have satisfactory magnetic properties (σs=0.5 Gs∙cm3/g, Hc= 695 E). There are real μ’ and imaginal μ’’ parts of complex magnetical permittivity phenomenon equals of 1.1 and 0.02, accordingly. |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2021.13.197 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхня. 2021. Вип. 13(28). С. 197–205 197
УДК 677.027.622 doi: 10.15407/Surface.2021.13.197
ВПЛИВ ВУГЛЕЦЬВМІСНОЇ МАГНІТНОЇ
НАНОДИСПЕРСНОЇ ДОБАВКИ НА СТРУКТУРУ ТА
ЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИТНИХ
МОНОНИТОК НА ОСНОВІ ПОЛІПРОПІЛЕНУ
Л.С. Дзюбенко1, П.П. Горбик1, О.О. Сап’яненко1, Н.М. Резанова2
1Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України, Генерала Наумова, 17,
03164, Київ, Україна, тел.+38044 4229674, е-mail: lidia_dzubenko@isc.gov.ua
2Київський національний університет технологій та дизайну,
Немировича-Данченка, 2, 01011, Київ, Україна, тел.+38044 2562946,
е-mail: mfibers@ukr.net
Одержано композитні мононитки на основі поліпропілену (ПП) та залізовмісної
волокнистої вуглецевої нанодисперсної добавки зі співвідношенням компонентів Fe/C,
рівним 50/50. Вміст добавки складав 5,0 % мас. Суміш ізотактичного ПП та добавки
гомогенізували в розплаві за допомогою лабораторного одношнекового екструдера.
Температура по зонах екструдера складала 230 – 250 °С. Стренги приймали у ванну з
водою та піддавали ножовому гранулюванню. Гранули сушили на повітрі впродовж 5 год
за кімнатної температури, а потім – у термовакуумній шафі за 80±5 °С впродовж 3 год.
Із гранул на лабораторному стенді за 190 °С одержували мононитку товщиною 1 мм. З
цієї мононитки формували мононитки з різними значеннями величин фільєрного
витягування (Фв, %). Фв монониток складала 300 та 500 %. Сформовані мононитки
піддавали термоорієнтаційному витягуванню за 150 °С. Нитки з Фв, рівною 300 %,
витягували до кратності витяжки λ, що дорівнює 6, а нитки з Фв=500 %, – до λ=4. Для
композитної нитки термоорієнтаційне витягування вдалось здійснити до такої ж
кратності, що і для мононитки з вихідного ПП. Проте в процесі формування та
термоорієнтаційного витягування композитної нитки спостерігалося більше обривань
порівняно з ниткою з вихідного ПП. Дослідження структури методом СЕМ виявило
мікрофібрилярну структуру композитної нитки. Оптична мікроскопія показала певну
нерівномірність розподілу частинок добавки в поліпропіленовій матриці, що може
призводити до нерівномірного розподілу напружень за прикладання навантаження.
Виявлено, що для композитної мононитки електропровідність за даного вмісту добавки
відсутня. Дійсна ε′ та уявна ε″ складові комплексної діелектричної проникності на
частоті 9 ГГц складають 2,1 та 0,2 відповідно. Встановлено, що вихідна, невитягнута,
композитна мононитка має задовільні магнітні властивості (σs=0,5 Гс·см3/г, Hc=695 Е).
Дійсна µ′ та уявна µ″ складові комплексної магнітної проникності мають значення 1,1 та
0,02 відповідно.
Ключові слова: поліпропілен, залізовмісна волокниста вуглецева нанодисперсна добавка,
мононитка, орієнтаційне витягування, магнітні властивості, діелектрична проникність
Вступ
Створення сучасних полімерних композиційних матеріалів (ПКМ), що
характеризуються непритаманними для високомолекулярних сполук властивостями,
такими як електропровідність, теплопровідність, підвищена механічна міцність, і які
https://mbox2.i.ua/compose/1228112846/?cto=x6a0xn%2BstsLJoYK9p66OqtKxgoGtrlvYvA%3D%3D
mailto:mfibers@ukr.net
198
широко застосовуються у різних галузях промисловості та побуті, є актуальною задачею
полімерної науки та матеріалознавства. Для цілеспрямованого регулювання
електропровідності ПКМ уже давно використовуються вуглецеві наповнювачі, такі як
технічний вуглець, графіт, вуглецеві волокна [1 – 3]. Проте, в останній час значна увага
приділяється новим вуглецевим нанорозмірним матеріалам, таким як фулерени та їх
похідні — фулерити, вуглецеві нановолокна, одностінні і багатостінні нанотрубки,
графени, металовмісні вуглецеві нанокомпозити [4 –8]. Актуальним є також створення
гібридних композицій з метою надання ПКМ підвищеної електропровідності [9].
Залізовмісні волокнисті вуглецеві нанокомпозити [10 – 11] (ЗВВНК)
характеризуються більш широким діапазоном властивостей, як притаманних вихідним
компонентам, так і новими, що виникають внаслідок фізичних та хімічних взаємодій
складових композитів. Цим пояснюється зростаючий інтерес до цих композитів
дослідників і виробників у розвинених країнах. Надання ПКМ таких функціональних
властивостей як електропровідність, спроможність до екранування електромагнітних
хвиль є одним із пріоритетних завдань у створенні конструкційних матеріалів.
Вітчизняним виробником ТОВ «Фронтерія Україна») синтезовано ЗВВНК з різним
співвідношенням основних компонентів: заліза та вуглецю. Синтез здійснено методом
газофазового піролітичного розкладу ацетилену та термокаталітичного осадження
вуглецю за присутності каталізаторотвірного залізовмісного концентрату [10].
Дослідження одержаних ЗВВНК показали, що в їхньому складі виявлено вуглецеві
нановолокна та багатостінні вуглецеві нанотрубки (зовнішній діаметр 10 – 100 нм,
довжина 100 – 1000 нм), а також нанокристалічні фази магнетиту, кремнезему, графіту,
карбіду заліза, середній розмір яких, обчислений за формулою Шеррера, складає,
відповідно, 33, 52, 15, 29 нм. Синтезовані зразки є активними в процесах поглинання і
відбивання електромагнітних хвиль у НВЧ діапазоні 1 – 80 ГГц. Залежно від
співвідношення основних складових нанокомпозитів Fe та С змінюються такі структурні
характеристики, як площа питомої поверхні Sпит, вміст та діаметр вуглецевих
нановолокон, а також магнітні властивості.
Виходячи з оцінки способу одержання ЗВВНК з точки зору матеріальних та
енергетичних затрат на виробництво, слід зазначити, що розроблена технологія є
сучасною і конкурентоспроможною. Зокрема, такі нанокомпозитні матеріали можуть
використовуватись для створення ПКМ зі спеціальними функціональними властивостями.
Поліетилен та поліпропілен є найбільш поширеними багатотоннажними
полімерами (складають біля 54 % від загального обʼєму світового виробництва полімерів),
і є основою багатьох композиційних матеріалів завдяки комплексу цінних властивостей та
простотою переробки, бо вони є термопластами. Поліпропілен (ПП) має хороші механічні
властивості, є плівко- та волокнотвірним полімером і має широке застосування у
текстильних виробах побутового, технічного та спеціального призначення.
Мета роботи – відпрацювання технології одержання та дослідження електро-
фізичних, магнітних та структурних характеристик композитних ниток на основі
поліпропілену, що містять залізовмісний вуглецевий нанокомпозит. Встановлення впливу
добавок залізовмісного вуглецевого нанокомпозиту, що містить вуглецеві нановолокна та
магнітні наночастинки, на структуру та електрофізичні властивості композитних плівок на
основі поліетилену.
Результати та їх обговорення
Відпрацювання технології одержання композитних ниток на основі поліпропілену
(ПП), що містять вуглецеві нановолокна з магнітними наночастинками, здійснювали в
лабораторних умовах.
199
Спочатку суміщали ізотактичний поліпропілен марки Sabic PP 575 P,
гранульований, з добавкою Fe/C зі співвідношенням компонентів 50/50 змішуванням
вручну. Вміст добавки складав 5,0 % мас. Потім суміш завантажували в бункер
лабораторного одношнекового екструдера і гомогенізували її у розплаві. Температура по
зонах екструдера складала 230 – 250 °С. Одержувані стренги приймали у ванну з водою та
піддавали ножовому гранулюванню з розміром гранул 3 – 5 мм. Гранули висушували
спочатку на повітрі впродовж 5 год за кімнатної температури, а потім – у термовакуумній
шафі за температури 80 ± 5 °С впродовж 3 год.
З одержаних гранул на лабораторному стенді за температури 190 °С формували
мононитку товщиною 1 мм. З цієї мононитки формували мононитки з різними значеннями
величин фільєрного витягування (Фв, %). Значення величини фільєрного витягування – це
швидкість прийому нитки мінус швидкість витікання розплаву поділена на швидкість
витікання розплаву і помножена на 100, виражається в процентах. Значення величин
фільєрного витягування одержаних монониток наведено в табл. 1. Дальше кожен зразок
монониток піддавали термоорієнтаційному витягуванню. Температура витягування
(температура нагрівального елемента) складала 150 °С. Швидкість прийому мононитки
підбирали такою, щоб кратність витягування (λ) була максимальною, а мононитка
стабільно намотувалась на бобіну. В табл. 1 наведено значення величин кратності
витягування сформованих монониток в процесі відпрацювання технології їх одержання.
Таблиця 1. Значення величин фільєрного витягування та кратності витягування для
зразків монониток
№ зразка Склад зразка Фв, % λ
1 ПП 300 1
2 ПП 300 6
3 ПП 500 1
4 ПП 500 4
5 ПП+5,0 % мас. Fe/C 300 1
6 ПП+5,0 % мас. Fe/C 300 6
7 ПП+5,0 % мас. Fe/C 500 1
8 ПП+5,0% мас. Fe/C 500 4
З табл. 1 видно, що фільєрне витягування монониток здійснювали до значень 300 та
500 % як для вихідного ПП так і для композиту ПП+5,0 % мас. Fe/C. Орієнтаційне
витягування з кратністю витягування, рівною 4, здійснювали для мононитки з фільєрним
витягуванням 500 %. Для мононитки з фільєрним витягування 300 % термоорієнтаційне
витягування здійснили до кратності витягування λ = 6 (для невитягнутих зразків λ = 1).
Слід зазначити, що термоорієнтаційне витягування для композитної мононитки вдалось
здійснити до тієї ж кратності, що й для мононитки з вихідного ПП. Проте для композитної
мононитки процес термоорієнтаційного витягування частіше супроводжувався
обриванням, що можливо, пов’язано з нерівномірним розподілом частинок добавки,
зокрема їх агрегуванням та присутністю крупних частинок, що слугують концентраторами
напруг.
На рис. 1 наведено фотографії бобін з термоорієнтованими мононитками з
вихідного ПП та композиту ПП+5 % мас. Fe/C.
200
а б
Рис. 1. Бобіни з мононитками з фільєрним витягуванням 500 % та кратністю витягування
4: а – ПП; б – ПП+5,0 мас. % Fe/C
Вивчення структури жилки (мононитки) здійснювали методом СЕМ. Дослідження
композитної мононитки показали, що вона має мікрофібрилярну структуру (рис. 2), яка
характерна для орієнтованих полімерних матеріалів: ниток, волокон, плівок.
а
б
Рис. 2. СЕМ мікрофотографії композитної мононитки ПП+5,0 % мас. Fe/C за різного
збільшення
Дослідження структури одержаних монониток здійснювали за допомогою
оптичного мікроскопа Ulab-XSZ-139T (Китай). На рис. 3 наведено мікрофотографії зразків
поліпропіленовіх монониток та композитних монониток складу ПП+5,0 % мас. Fe/C як
вихідних, так і термоорієнтованих.
З мікрофотографій видно, що мононитки з вихідного ПП (рис. 3, г) прозорі, мають,
переважно, рівномірну товщину. Неорієнтовані композитні мононитки (рис. 3, а)
непрозорі, мають по довжині більшу кількість дефектів (потовщень та стоншень). На зрізі
201
неорієнтованої мононитки, який частково пропускає світло (рис. 3, в), видно
розташування частинок добавки у вигляді ажурної сітки, а також окремі агрегати
частинок. Орієнтована композитна мононитка (рис. 3, б) більш прозора, ніж
неорієнтована, і на ній, як і на зрізі неорієнтованої мононитки, також проглядається сітка з
частинок добавки.
а б
в г
Рис. 3. Мікрофотографії монониток: а – композитної ПП+5,0 % мас. Fe/C, Фв=500 %; б –
композитної ПП+5,0 % мас. Fe/C, Фв=500 %, λ=4; в – композитної нитки
ПП+5,0 % мас. Fe/C, Фв=500 %, зріз; г – з вихідного ПП, Фв=500 %, λ=4
202
Вимірювання електрофізичних характеристик монониток показали, що для
композитної мононитки (жилки) ПП+5,0 % мас. Fe/С (50/50) електропровідність відсутня.
Дійсна ε′ та уявна ε″ складові комплексної діелектричної проникності на частоті 9 ГГц
мають значення 2,4 та 0,3 відповідно.
Петлі гістерезису магнітного моменту вимірювали за допомогою лабораторного
вібраційного магнітометра фонерівського типу [12].
На рис. 4 наведено петлі гістерезису для композитної мононитки
ПП+5,0 % мас. Fe/С (50/50) прямої і скрученої у спіраль.
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
M
ag
ne
tis
at
io
n
(e
m
u/
g)
H (kOe)
spiral
direct
Рис. 4. Петля гістерезису для зразків
композитної нитки
ПП+5,0 % мас. Fe/С у вигляді
прямого відрізка та скрученої в
спіраль
Аналіз одержаних даних показав, що в структурі композитної мононитки
ПП+5,0 % мас. Fe/С (50/50) виявлено ланцюжки орієнтованих магнітних частинок.
Орієнтований ланцюжок магнітних частинок має значно вищу коерцитивну силу
порівняно з тією ж кількістю одиничних частинок. Питома намагніченість мононитки
складає 0,5 Гс·см3/г, коерцитивна сила ‒ Hc=695 Е. А дійсна µ′ та уявна µ″ складові
комплексної магнітної проникності складають 1,2 та 0,03 відповідно.
Висновки
Одержано композитні мононитки на основі поліпропілену та залізовмісної
волокнистої вуглецевої нанодисперсної добавки за вмісту 5 % мас. зі співвідношенням
компонентів Fe/C, рівним 50/50.
Методом електронної мікроскопії показано, що композитна мононитка має
мікрофібрилярну структуру.
Встановлено, що мононитка має задовільні магнітні властивості (σs=0,5 Гс·см3/г,
Hc=695 Е). Дійсна µ′ та уявна µ″ складові комплексної магнітної проникності мають
значення 1,1 та 0,02 відповідно.
Виявлено, що для композитної мононитки електропровідність відсутня. Дійсна ε′
та уявна ε″ складові комплексної діелектричної проникності на частоті 9 ГГц складають
2,1 та 0,2 відповідно.
В лабораторних умовах одержано термоорієнтовані мононитки. Для композитної
мононитки термоорієнтаційне витягування вдалось здійснити до такої ж кратності, що і
для мононитки з вихідного ПП.
203
Література
1. Электропроводящие волокна, их свойства и применение: обзорн. инф. сер.: «Пром-сть
хим. волокон»: Москва: НИИТЭХИМ. 1977. 40 с.
2. Крикоров B.C., Колмакова JI.A. Электропроводящие полимерные материалы. – Москва:
Энергоатомиздат. – 1984. – 176 с.
3. Гуль В.Е., Шенфиль JI.3. Электропроводящие полимерные композиции. – Москва:
Химия. – 1984. – 240 с.
4. Мищенко В., Ткачев А. Г. Углеродные наноматериалы. Производство, свойства,
применение. – Москва: Машиностроение. – 2008. – 320 с.
5. Физика поверхности (Ред. М. Т. Картель, В. В. Лобанов) (Киев: Институт химии
поверхности им. А. А. Чуйко НАН Украины; ООО «Интерсервис»: 2015), Т. 2.
6. Каблов Е.Н., Кондрашов С.В., Юрков Г.Ю. Перспективы использования
углеродсодержащих наночастиц в связующих для полимерных композиционных
материалов // Российские нанотехнологии. – 2013. Т. 8, №3. – С.28–46.
7. Москалюк О.А., Алешин А.Н., Цобкалло Е.С., Крестинин А.В., Юдин В.Е.
Электропроводность полипропиленовых волокон с дисперсными углеродными
наполнителями // Физика твердого тела. – 2012. – 54 (10). – С. 1993–1998.
8. Цобкалло Е.С., Степашкина А.С., Москалюк О.А., Юдин В.Е., Иванькова Е.М., Алешин
А.Н. Влияние формы и размеров электропроводящих наночастиц на свойства
композиционных материалов, полученных на основе термопластичной матрицы // Сб.
научных трудов. Физико-химия полимеров. Синтез, структура и применение. 2013. –
Вып. 19. – Тверь. Изд. госуниверситет. – С.11‒17.
9. Кондрашов С.В., Гуняева А.Г., Шашкеев К.А., Баринов Д.Я., Солдатов М.Я., Шевченко
В.Г., Музафаров А.М. Электропроводящие гибридные полимерные композиционные
материалы на основе нековалентно функционализированных углеродных нанотрубок //
Труды ВИАМ. – 2016. №2(38). – С. 81.
10. Nishchenko M. M., Mykhailova H. Yu., Prikhodko G. P., Dashevskyi M. M. and
Nakonechna O. I. Peculiarities of Electrical Conductivity of Metal/Carbon Nanotubes Array //
Metallofiz. Noveishie Tekhnol. –2018. – V. 40, № 6. – Р. 749‒758.
11. Сєдов О.М., Холод В.В., Махно С.М., Лісова О.М., Абрамов М.В., Туранська С.П.,
Горбик П.П. Електрофізичні та магнітні властивості залізовмісних волокнистих
вуглецевих нанокомпозитів // Металофізика та новітні технології. – 2019. – вип. 41, № 9.
– С. 1153 –1169. DOI: 10.15407/mfint.41.09.1153.
12. Борисенко Н.В., Богатырев В.М., Дубровин И.В., Абрамов Н.В., Гаевая М.В.,
Горбик П.П. Синтез и свойства магниточувствительных нанокомпозитов на основе
оксидов железа и кремния // Физико-химия наноматериалов и супрамолекулярных
структур /Ред. А.П. Шпак, П.П. Горбик. – Киев: Наукова думка. – 2007. – Т. 1. – С. 394–
406.
References
1. The Electrical Conductive Fibers, Those Properties and Use: Reviewing and Inf. Ser.:
“Industry of Chemical Fibers”. Moscow, NIITEKhIM , 1977, 40 p. (in Russian).
2. Krikorov V.S., Kolmakova L.A. The Electrically Conductive Polymer Materials. (Moscow,
Energatomizdat (Atom Energy Publishers), 1984) (in Russian).
3. Gul’ V.Ye., Schenfill L.Z. The Electrically Conductive Polymer Compositions.
(Moscow, Khimiya (Chemistry), 1984) (in Russian).
4. Mishchenko V., Tkachev A.G. The Carbon Nanomaterials: Industry, Properties and Use
of Those. (Moscow, Mashynostroyeniye (Machines Building or Engines Building, 2008) (in
Russian).
javascript:void(0)
javascript:void(0)
204
5. The Physics of Surface (Ed. by M.T. Kartel’ and V.V. Lobanov) (Kiev, O.O.Chuiko
Institute for Surface Chemistry, NAS of Ukraine, JSC Interservice, 2015), Vol.2
(in Russian).
6. Kablov Ye.N., Kondrashov S.V., Yurkov G.Yu. The Prospective Applications of Carbon-
Containing Nanoparticles in Binders for Polymer Composite Materials. Rossiyskiye
Nanotekhnologiyi (Russian Nanotechnologies). 2013. 8(3): 28 (in Russian).
7. Moskalyuk O.A., Alyoshyn A.N., Tsobkallo Ye.S., Krestinin A.V., Yudin V.Ye.
The Electrical Conductivity of Polypropylene Fibers Filled with Dispersed Carbon Fillers. Fizika
Tverdogo Tela (Physics of Solid State). 2012. 54(10): 1’993 (in Russian).
8. Tsobkallo Ye.S.,, Stepashkina A.S., Moskalyuk O.A., Yudin V.Ye.,
Ivan’kova Ye.M., Alyoshyn A.N. The Influence of Shape and Dimensions of Electrical
Conductive Nanoparticles on Properties of Composite Materials, Prepared on Thermoplastic-
Based Matrix. Compilation of Science Works. Physical Chemistry of Polymers: Synthesis,
Structure and Use. Tver’, Publishing Office of State University. 2013. 19: 11 (in Russian).
9. Kondrashov S.V., Gunyayeva A.G., Shashkeyev K.A., Barinov D.Ya.,
Soldatov M.Ya., Shevchenko V.G., Muzzafarov A.M. The Hybrid Electrical Conductive
Polymer Composite Materials Based on Non-Covalent and Functionalized Carbon Nanotubes.
Trudy VIAM (VIAM Science Works). 2016. 2 (38): 81
dx.doi.org/10.18577/223076-6046-201`6-0-2-10-10 (in Russian).
10. Nishchenko M. M., Mykhailova H. Yu., Prikhodko G. P., Dashevskyi M. M. an81d
Nakonechna O. I. Peculiarities of Electrical Conductivity of Metal/Carbon Nanotubes Array.
Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 2018. 40(6): 749 (in Russian)..
11. Sedov O.M., Kholod V.V., Makhno S.M., Lisova O.M., Abramov M.V.,
Turans’ka S.P., Gorbyk P.P. Structure and Properties of Nanoscale and Mesoscopic
Materials.Metalophysics and Adv. Technologies. 2019. 41(9): 1153. DOI:
10.15407/mfint.41.09.1153.
12. Borisenko N.V., Bogatyryov V.M., Dubrovin I.V., Abramov N.V., Gayevaya M.V.,
Gorbik P.P. The Synthesis and Properties of Magnetic-Sensitive Nanocomposites Based on Iron
and Silicium Oxides// Physico-Chemistry of Nanomaterials and Supramolecular Structures//
Ed. by A.P. Shpak and P.P. Gorbik. Vol.1 (Kiev, Naukova Dumka (Scientific Opinion, 2007)
(in Russian).
205
THE INFLUENCE OF CARBON-CONTAINING, MAGNETIC
AND NANO-DISPERSED ADDITIONS ON STRUCTURE AND
ELECTROPHYSICAL PROPERTIES OF POLYPROPYLENE-
BASED COMPOSITE MONOFIBERS
L.S. Dzubenko1, P.P. Gorbyk1, A.A. Sapyanenko1, N.M. Rezanova2
1O.O. Chuiko Institute for Surface Chemistry, NAS of Ukraine, 17, Generala Naumova Str.,
03164, Kyiv, Ukraine, phone +380444229674, e-mail: lidia_dzubenko@isc.gov.ua
2 Kyiv Institute for Technology and Design, 2, Nemyrovycha-Danchenko Str., 01011,
phone +380442562946, e-mail: mfibers@ukr.net
There were PP- and iron-containing, fibrous, carbon- and nanodispersed-addition-based
composite fibers prepared. There were addition content equals of 5.0%mass. There were blend of
isotactic PP and addition homogenized in melt with one-screw lab extruder. There were zonal
temperature on extruder equals of 230-250 o C. There were strangs receiving in bath of water and
threated with knife granulation. Then, there were granules drying on air during 5h, and, then in
thermal vacuum oven at 80±5 o C during 3h. Then, there are monofiber of 1 mm’s diameter formed
on lab stand. Then, from one formed those others monofibers of different values of spinneret drawing
(Фв, %). There were Фв for monofibers equals of 300 and 500%. Then, there were formed monofibers
threated with thermoorientational drawing process at 150 oC. Then, there were monofibers of Фв
value, which equals of 300%, drawn till draw degree λ=6, but, those others of Фв value, which equals
of 500% - to λ=4. It is succeed, for composite monofibers, that orientational drawing process has had
realized, until to the same value, as well as for one of virgin PP. But, when at formation and
thermoorientational drawing processes, there were placing much number of breaks, as compared
with monofiber of pure PP. When studying the structure with SEM technique, there was revealed
microfibrillar structure of composite monofiber. When using optical microscopy, then there was
determined irregularity for distribution of addition’s particles, leading to disproportional distribution
of tension values at loading. It is revealed, for composite monofiber, at given value for content of
addition, that electrical conductivity phenomenon is absent here. There are real ε’and imaginal ε’’
parts of complex dielectrical permittivity phenomenon, on frequency of 9 GHz, equals of 2.1 and 0.2,
accordingly. It is established, that pure, non-drawn and composite monofiber itrinsically have
satisfactory magnetic properties (σs=0.5 Gs∙cm3/g, Hc= 695 E). There are real μ’ and imaginal μ’’
parts of complex magnetical permittivity phenomenon equals of 1.1 and 0.02, accordingly.
Key words: polypropylene, iron-containing, fibrous, carbon-based and nano-dispersed addition,
monofiber, orientational drawing, magnetic properties, dielectrical permittivity
mailto:lidia_dzubenko@isc.gov.ua
mailto:mfibers@ukr.net
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-735 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-09-24T17:45:56Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/59/0edf9d0b4e6650416eb5d8ab23c09359.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7352022-02-21T13:55:09Z The influence of carbon-containing, magnetic and nano-dispersed additions on structure and electrophysical properties of polypropylene-based composite monofibers Вплив вуглецьвмісної магнітної нанодисперсної добавки на структуру та електрофізичні властивості композитних монониток на основі поліпропілену Дзюбенко, Л. С. Горбик, П. П. Сап'яненко, О. О. Резанова, Н. М. polypropylene iron-containing fibrous carbon-based and nano-dispersed addition monofiber orientational drawing magnetic properties dielectrical permittivity поліпропілен залізовмісна волокниста вуглецева нанодисперсна добавка мононитка орієнтаційне витягування магнітні властивості діелектрична проникність There were PP- and iron-containing, fibrous, carbon- and nanodispersed-addition-based composite fibers prepared. There were addition content equals of 5.0%mass. There were blend of isotactic PP and addition homogenized in melt with one-screw lab extruder. There were zonal temperature on extruder equals of 230-250 o C. There were strangs receiving in bath of water and threated with knife granulation. Then, there were granules drying on air during 5h, and, then in thermal vacuum oven at 80±5 o C during 3h. Then, there are monofiber of 1 mm’s diameter formed on lab stand. Then, from one formed those others monofibers of different values of spinneret drawing (Фв, %). There were Фв  for monofibers equals of 300 and 500%. Then, there were formed monofibers threated with thermoorientational drawing process at 150 oC. Then, there were monofibers of Фв value, which equals of 300%, drawn till draw degree λ=6, but, those others of Фв value, which equals of 500% - to λ=4. It is succeed, for composite monofibers, that orientational drawing process has had realized, until to the same value, as well as for one of virgin PP. But, when at formation and thermoorientational drawing processes, there were placing much number of breaks, as compared with monofiber of pure PP. When studying the structure with SEM technique, there was revealed microfibrillar structure of composite monofiber. When using optical microscopy, then there was determined irregularity for distribution of addition’s particles, leading to disproportional distribution of tension values at loading. It is revealed, for composite monofiber, at given value for content of addition, that electrical conductivity phenomenon is absent here. There are real ε’and imaginal ε’’ parts of complex dielectrical permittivity phenomenon, on frequency of 9 GHz, equals of 2.1 and 0.2, accordingly. It is established, that pure, non-drawn and composite monofiber itrinsically have satisfactory magnetic properties (σs=0.5 Gs∙cm3/g, Hc= 695 E). There are real μ’ and imaginal μ’’ parts of complex magnetical permittivity phenomenon equals of 1.1 and 0.02, accordingly. Одержано композитні мононитки на основі поліпропілену (ПП) та залізовмісної волокнистої вуглецевої нанодисперсної добавки зі співвідношенням компонентів Fe/C, рівним  50/50. Вміст добавки складав 5,0 %  мас. Суміш ізотактичного ПП та добавки гомогенізували в розплаві за допомогою лабораторного одношнекового екструдера. Температура  по зонах екструдера складала 230 – 250 °С. Стренги приймали у ванну з водою та піддавали ножовому гранулюванню. Гранули сушили на повітрі впродовж 5 год за кімнатної температури, а потім – у термовакуумній шафі за  80±5 °С впродовж 3 год. Із гранул на лабораторному стенді за 190 °С одержували мононитку товщиною 1 мм. З цієї  мононитки формували мононитки з різними значеннями величин фільєрного витягування (Фв, %). Фв монониток складала 300 та 500 %. Сформовані мононитки піддавали термоорієнтаційному витягуванню за 150 °С. Нитки з Фв, рівною 300 %, витягували до кратності витяжки λ, що дорівнює 6, а нитки з Фв=500 %, – до λ=4. Для композитної нитки термоорієнтаційне витягування вдалось здійснити до такої ж кратності, що і для мононитки з вихідного ПП. Проте в процесі формування та термоорієнтаційного витягування композитної нитки спостерігалося більше обривань порівняно з ниткою з вихідного ПП. Дослідження структури методом СЕМ виявило мікрофібрилярну структуру композитної нитки. Оптична мікроскопія показала певну нерівномірність розподілу частинок добавки в поліпропіленовій матриці, що може призводити до нерівномірного розподілу напружень за прикладання навантаження. Виявлено, що для композитної мононитки  електропровідність за даного вмісту добавки відсутня. Дійсна ε′ та уявна ε″ складові комплексної діелектричної проникності на частоті 9 ГГц складають 2,1 та 0,2 відповідно. Встановлено, що вихідна, невитягнута, композитна мононитка має задовільні магнітні властивості (σs=0,5 Гс·см3/г,  Hc=695 Е). Дійсна m′ та уявна m″ складові комплексної магнітної проникності мають значення 1,1 та 0,02 відповідно. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2021-11-28 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/735 10.15407/Surface.2021.13.197 Surface; No. 13(28) (2021): Surface; 197-205 Поверхность; № 13(28) (2021): Поверхня; 197-205 Поверхня; № 13(28) (2021): Поверхня; 197-205 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2021.13 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/735/732 Авторське право (c) 2021 Л.С. Дзюбенко, П.П. Горбик, О.О. Сап’яненко, Н.М. Резанова |
| spellingShingle | поліпропілен залізовмісна волокниста вуглецева нанодисперсна добавка мононитка орієнтаційне витягування магнітні властивості діелектрична проникність Дзюбенко, Л. С. Горбик, П. П. Сап'яненко, О. О. Резанова, Н. М. Вплив вуглецьвмісної магнітної нанодисперсної добавки на структуру та електрофізичні властивості композитних монониток на основі поліпропілену |
| title | Вплив вуглецьвмісної магнітної нанодисперсної добавки на структуру та електрофізичні властивості композитних монониток на основі поліпропілену |
| title_alt | The influence of carbon-containing, magnetic and nano-dispersed additions on structure and electrophysical properties of polypropylene-based composite monofibers |
| title_full | Вплив вуглецьвмісної магнітної нанодисперсної добавки на структуру та електрофізичні властивості композитних монониток на основі поліпропілену |
| title_fullStr | Вплив вуглецьвмісної магнітної нанодисперсної добавки на структуру та електрофізичні властивості композитних монониток на основі поліпропілену |
| title_full_unstemmed | Вплив вуглецьвмісної магнітної нанодисперсної добавки на структуру та електрофізичні властивості композитних монониток на основі поліпропілену |
| title_short | Вплив вуглецьвмісної магнітної нанодисперсної добавки на структуру та електрофізичні властивості композитних монониток на основі поліпропілену |
| title_sort | вплив вуглецьвмісної магнітної нанодисперсної добавки на структуру та електрофізичні властивості композитних монониток на основі поліпропілену |
| topic | поліпропілен залізовмісна волокниста вуглецева нанодисперсна добавка мононитка орієнтаційне витягування магнітні властивості діелектрична проникність |
| topic_facet | polypropylene iron-containing fibrous carbon-based and nano-dispersed addition monofiber orientational drawing magnetic properties dielectrical permittivity поліпропілен залізовмісна волокниста вуглецева нанодисперсна добавка мононитка орієнтаційне витягування магнітні властивості діелектрична проникність |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/735 |
| work_keys_str_mv | AT dzûbenkols theinfluenceofcarboncontainingmagneticandnanodispersedadditionsonstructureandelectrophysicalpropertiesofpolypropylenebasedcompositemonofibers AT gorbikpp theinfluenceofcarboncontainingmagneticandnanodispersedadditionsonstructureandelectrophysicalpropertiesofpolypropylenebasedcompositemonofibers AT sapânenkooo theinfluenceofcarboncontainingmagneticandnanodispersedadditionsonstructureandelectrophysicalpropertiesofpolypropylenebasedcompositemonofibers AT rezanovanm theinfluenceofcarboncontainingmagneticandnanodispersedadditionsonstructureandelectrophysicalpropertiesofpolypropylenebasedcompositemonofibers AT dzûbenkols vplivvuglecʹvmísnoímagnítnoínanodispersnoídobavkinastrukturutaelektrofízičnívlastivostíkompozitnihmononitoknaosnovípolípropílenu AT gorbikpp vplivvuglecʹvmísnoímagnítnoínanodispersnoídobavkinastrukturutaelektrofízičnívlastivostíkompozitnihmononitoknaosnovípolípropílenu AT sapânenkooo vplivvuglecʹvmísnoímagnítnoínanodispersnoídobavkinastrukturutaelektrofízičnívlastivostíkompozitnihmononitoknaosnovípolípropílenu AT rezanovanm vplivvuglecʹvmísnoímagnítnoínanodispersnoídobavkinastrukturutaelektrofízičnívlastivostíkompozitnihmononitoknaosnovípolípropílenu AT dzûbenkols influenceofcarboncontainingmagneticandnanodispersedadditionsonstructureandelectrophysicalpropertiesofpolypropylenebasedcompositemonofibers AT gorbikpp influenceofcarboncontainingmagneticandnanodispersedadditionsonstructureandelectrophysicalpropertiesofpolypropylenebasedcompositemonofibers AT sapânenkooo influenceofcarboncontainingmagneticandnanodispersedadditionsonstructureandelectrophysicalpropertiesofpolypropylenebasedcompositemonofibers AT rezanovanm influenceofcarboncontainingmagneticandnanodispersedadditionsonstructureandelectrophysicalpropertiesofpolypropylenebasedcompositemonofibers |