Композитні плівки на основі поліетилену, що містять вуглецеві нановолокна та магнітні наночастинки
There are influence of  Fe/C as polymer composition component studied, for use as PCM of special purposes, on structure, mechanical, and electrophysical properties, when regarding to goal for usage possibilty establishing  for carbon and iron-containing material of Fe/C, an...
Збережено в:
| Дата: | 2022 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/757 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Surface| _version_ | 1869291929563299840 |
|---|---|
| author | Дзюбенко, Л. С. Горбик, П. П. Сап’яненко, О. О. Махно , С. М. |
| author_facet | Дзюбенко, Л. С. Горбик, П. П. Сап’яненко, О. О. Махно , С. 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": "С. М. Махно ",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О.Чуйка Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Дзюбенко, Л. С. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-04-20T10:24:32Z |
| description | There are influence of  Fe/C as polymer composition component studied, for use as PCM of special purposes, on structure, mechanical, and electrophysical properties, when regarding to goal for usage possibilty establishing  for carbon and iron-containing material of Fe/C, and last was synthesized with CVD technique on iron-containing catalyst. There were PEHD- and nano-disperse addition of Fe/C - based composite films prepared, with hot pressing method, of mass equation in 42/58 for Fe/C, and  addition content in PCM of   1 – 15 % mass.  Then, there were films oriented with thermogradient hot stretching.. It is established, that Fe/C presence is decreasing for maximal stretching value λmax, for pure HDPE, to 5 for highly-loaded compositions. There are addition’s influence on PE phase transitions  in composite films: when at low addition’s contents, then, there are forming more perfect crystallic structure of more larger and uniform crystallites by dimensions, but, at those higher - less uniform one. It is established, that specific saturation magntetization values (σs ), for composite and non-oriented films, are increasing, from 1.1 Gs∙cm3/g for film of 5 %mass. of Fe/C,  to 5.6 Gs∙cm3/g (film of  15 % mass. Fe/C). There are cohertzitive power values, changing dependently from Fe/C comtent, from 97 to 99 E. It is founded, that electrical conductivity values (s), at  frequency of 1 kHz , is absent, for non-oriented film of 1 %mass. Fe/C (σ=9,4∙10-11 Om-1cm-1), but, for those non-oriented ones of  5- 15 %mass. are 2,4∙10-5 ‒ 1∙10  Om-1cm-1. Where are orientational stretching actions, there are decreasing in electrical conductivity values - σ=1,4∙10-12‒2,7∙10‑1 Om-1cm-1 for films of   λ=5‒6. Those films, when at own intrinsic structure-mechanical, electrical and magnetic properties, depending of Fe/C content,  are perspective ones as magnetic, anti-static and electrical conductive materials. |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2022.14.213 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхня. 2022. Вип. 14(29). С. 213–220 213
УДК 677.027.622 doi: 10.15407/Surface.2022.14.213
КОМПОЗИТНІ ПЛІВКИ НА ОСНОВІ ПОЛІЕТИЛЕНУ,
ЩО МІСТЯТЬ ВУГЛЕЦЕВІ НАНОВОЛОКНА ТА МАГНІТНІ
НАНОЧАСТИНКИ
Л.С. Дзюбенко, П.П. Горбик, О.О. Сап’яненко, С.М. Махно
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України, вул. Генерала Наумова, 17, 03164,
Київ, Україна, тел.+38044 4229674, е-mail: lidia_dzubenko@isc.gov.ua
З метою встановлення можливості використання вуглецевого залізовмісного
матеріалу Fe/C, синтезованого CVD методом на залізовмісному каталізаторі, для ПКМ
спеціального призначення вивчено вплив Fe/C як комопонента полімерної композиції на
структуру, механічні та електрофізичні властивості ПКМ. Методом гарячого
пресування одержано композитні плівки на основі поліетилену високої густини (ПЕВГ)
та нанодисперсної добавки Fe/С. (масове співвідношення Fe/C у добавці 42/58, вміст
добавки в ПКМ – 1–15 мас. %) Плівки орієнтовано методом термоградієнтного
витягування. Встановлено, що присутність Fe/С зменшує максимально можливий
ступінь витягування λmax від 20 для ПЕВГ до 5 для високонаповнених композицій. Виявлено
вплив добавки на фазові переходи ПЕ в композитних плівках: за невисокого вмісту
добавки формується більш досконала кристалічна структура з крупнішими та більш
однорідними за розмірами кристалітами, а за підвищеного вмісту – менш однорідна.
Встановлено, що питома намагніченість насичення σs для композитних неорієнтованих
плівок зростає від 1,1 Гсꞏсм3/г для плівки з 5 мас. % Fe/C до 5,6 Гсꞏсм3/г для плівки з
15 мас. % Fe/C. Коерцитивна сила Hc
змінюється залежно від вмісту Fe/C від 99 до 97 Е.
Виявлено, що електропровідність (s) на частоті 1 кГц відсутня для неорієнтованої плівки
з 1 мас. % Fe/C (σ=9,4ꞏ10-11 Ом-1.см-1), а для неорієнтованих плівок із 5 ‒ 15 мас. % Fe/C s
складає 2,4ꞏ10-5 ‒ 1ꞏ10-3-Ом-1.см-1. Орієнтаційне витягування знижує електропровідність
(σ=1,4ꞏ10-12‒2,7ꞏ10-11 Ом-1см-1 для плівок з λ=5‒6). За своїми структурно-механічними,
електричними та магнітними властивостями залежно від вмісту Fe/C композитні
плівки можуть бути перспективними для використання їх як магнітних, антистатичних
чи електропровідних матеріалів.
Ключові слова: поліетилен, вуглецева залізовмісна добавка, орієнтаційне витягування,
міцність, плавлення, кристалізація, електропровідність, намагніченість
Вступ
Відомо, що електропровідні полімерні композитні матеріали (ПКМ) мають ряд
переваг порівняно з металевими провідниками, а саме: можливість регулювання
електропровідності в широких межах, здатність до переробки у вироби складної форми,
еластичність, корозійну стійкість, невелику густину, доступність, низьку вартість тощо. В
останній час для цілеспрямованого регулювання електропровідності ПКМ
використовуються вуглецеві нанорозмірні матеріали: фулерени, вуглецеві нановолокна,
одностінні і багатостінні нанотрубки, графени [1]. Вітчизняним виробником ТОВ
«Фронтерія Україна» методом CVD на залізовмісному каталізаторі синтезовано
залізовмісні волокнисті вуглецеві нанокомпозити (ЗВВНК), що характеризуються
широким діапазоном властивостей [2]. У їхньому складі виявлено вуглецеві нановолокна
та багатостінні вуглецеві нанотрубки, а також нанокристалічні фази магнетиту,
214
кремнезему, графіту, карбіду заліза. Спосіб одержання ЗВВНК, з точки зору матеріальних
та енергетичних затрат на виробництво, є сучасним і конкурентоспроможним. В [3] було
одержано мононитки на основі поліпропілену, що містили 5 мас. % ЗВВНК, та
встановлено, що неорієнтована композитна мононитка має задовільні магнітні
властивості.
Мета роботи ‒ одержання плівок на основі поліетилену та нанорозмірних
залізовмісних волокнистих вуглецевих композитів, встановлення впливу останніх на
структуру, механічні та електрофізичні властивості полімерного матеріалу.
Об’єкти та методи дослідження
Як полімерну матрицю для створення ПКМ вибрано поліетилен високої густини
(ПЕВГ). Для одержання композитних плівок на основі ПЕВГ спочатку суміщали порошки
полімеру і добавки розтиранням у фарфоровій ступці з подальшим додаванням 96-
процентного етилового спирту і розтиранням у ступці у вигляді суспензії впродовж 1’ год.
Після цього суміші сушили на повітрі за кімнатної температури впродовж 10‒12 год, а
потім ‒ у сушильній шафі за температури 70 С впродовж 5 год. Співвідношення заліза і
вуглецю Fe/C в масових процентах у використаній добавці складало 42/58. Вміст добавки
Fe/C в полімерних композиціях складав 1; 2; 3; 4; 7, 5; 10, 12 та 15 мас. %. Вихідні плівки
одержували методом гарячого пресування за температури 150С, тиску 150 кГс/см2,
витримування за вказаних температури і тиску впродовж 3 хв з наступним охолодженням
зі швидкістю 5 град/хв. Плівки орієнтували методом термоградієнтного витягування [4] в
дві стадії: перша – за температури 60 С, друга ‒ за 80 С .
З метою вивчення впливу добавки Fe/C на кристалічну структуру полімерів в ПКМ
застосовували метод диференціального термічного аналізу (ДТА). Повний термічний
аналіз здійснювали за допомогою дериватографа Q-1500 D фірми МОМ (Будапешт).
Використовували платинові тиглі, як еталон брали порошок Al2O3. Термограми процесу
плавлення зразків реєстрували за швидкості нагрівання 5 град/хв від кімнатної
температури до 225 С (в межах температурної шкали 250 С), після чого записували
криві кристалізації розплаву за швидкості охолодження 1,5 град/хв. Наважка складала біля
350 мг. З термограм визначали температури початку плавлення полімеру (Т1), плавлення
(Тпл), завершення плавлення (Т2), а також температури початку кристалізації (Т3),
кристалізації (Ткр), температури завершення кристалізації (Т4). Точність визначення
температур плавлення та кристалізації складала ±2 С. За відомою методикою [5]
визначали ентальпію плавлення зразків (Н). Для її розрахунку проводили калібрування
площі, обмеженої кривою теплового ефекту, за п-амінобензойною кислотою, ентальпія
плавлення якої складає 36,3 кал/г. Ступінь кристалічності (СК) в мас. % розраховували,
виходячи з ентальпії плавлення повністю кристалічного полімеру за формулою:
=Н/Нкр100,
де Нкр – теплота плавлення повністю кристалічного полімеру, яка для ПЕ складає
68,8 кал/г [6], Н – теплота плавлення досліджуваного зразка.
Вимірювання електропровідності (s) на низьких частотах (1 кГц) здійснювалось
двоконтактним методом за допомогою вимірювача іммітансу Е7-14 [2]. Відносна похибка
визначення s не перевищувала 5%.
Петлі гістерезису магнітного моменту зразків вимірювали за допомогою
лабораторного вібраційного магнітометра фонерівського типу [7].
215
Результати та їх обговорення
Присутність Fe/С зменшує величини максимально можливого ступеню
орієнтаційного витягування (λmax) з 20 для ПЕВГ до 5 для високонаповнених композицій
(рис. 1, крива 1). І якщо за невисокого вмісту добавки (1‒2 мас. %) для λmax характерно
незначне спадання, то для високонаповнених плівок ця характеристика суттєво
зменшується.
Величина міцності g для плівок з λ=7 (рис. 1, крива 2) дещо зростає за вмісту
1 мас. %, за подальшого збільшення концентрації добавки дана характеристика
зменшується.
Рис. 1. Максимально можливий ступінь орієнтаційного витягування та
міцність на розрив плівок від вмісту добавки Fe/C
В табл. 1. наведено температурні характеристики процесів плавлення, кристалізації
та ступеню кристалічності для композитних плівок на основі ПЕВГ та добавки Fe/C
Як видно з табл. 1, температура початку плавлення для наповнених композицій
зростає на 1–4 С залежно від вмісту добавки Fe/C, температура плавлення Тпл
підвищується на 2 С в інтервалі концентрацій 1–5 мас. %. Має місце також звуження
температурного інтервалу плавлення на 4 С за вмісту добавки 1–2 мас. % і розширення
на 2–5 С за вмісту добавки 4–15 мас. %. Спостерігається також незначне збільшення
ступеню кристалічності в інтервалі 1–12 мас. %.
За кристалізації за умови повільного охолодження має місце зростання
температури початку кристалізації на 2–5 С, Ткр на 2–4 С, звуження температурного
інтервалу кристалізації, збільшення ступеню кристалічності.
Зростання Т1, Тпл,Т3, Ткр, звуження Т2‒Т1 за невисокого вмісту добавки може
засвідчувати про утворення більш досконалих та однорідних за розмірами кристалітів.
Зміни температурних характеристик фазових переходів за високого вмісту добавки
вказують на збільшення неоднорідності кристалітів за розмірами. Згідно з [8] в інтервалі
невисоких концентрацій переважає зарадкотвірний вплив добавки, тому ступінь
кристалічності зростає, за високого вмісту добавки починають переважати кінетичні та
стеричні фактори, які за формування високонаповнених композитних плівок утруднюють
кристалізацію ПЕВГ.
Відомо, що для орієнтованих ПКМ характерна мікрофібрилярна структура.
Присутність нанодисперсних добавок в композитних плівках порушує регулярність
216
укладання самих мікрофібрил а також відрізків макроланцюгів в аморфних областях
мікрофібрил [9].
Таблиця 1. Температурні характеристики фазових переходів та ступінь кристалічності
для композитних плівок на основі поліетилену високої густини та добавки
Fe/C
Вміст
Fe/C,
мас. %
Плавлення Кристалізація
Т С СК Т С СК
Т1 Тпл Т2 Т2‒Т1 % Т3 Ткр Т4 Т4‒Т3 %
0 102 132 154 52 36,0 117 112 100 17 40,8
1 106 134 154 48 38,6 122 117 108 14 44,4
2 106 134 154 48 37,8 122 117 108 14 43,9
3 104 134 156 52 37,6 122 117 108 14 43,1
4 104 134 158 54 37,0 122 116 108 14 42,8
5 104 134 158 54 36,8 122 116 108 14 42,6
7 103 132 160 57 36,5 120 114 104 16 42,6
10 103 132 160 57 36,2 120 114 103 17 42,4
12 103 132 160 57 36,0 120 114 102 18 42,0
15 103 132 160 57 35,4 119 114 101 18 41,0
Зменшення λmax для плівок ПЕВГ–Fe/C може бути повʼязано зі зростанням
жорсткості відрізків макромолекул у міжфазних прошарках композитів. та зі стеричними
перешкодами регулярному укладанню макромолекул в аморфних областях полімеру, де
локалізуються нанорозмірні складові ЗВВНК. З підвищенням вмісту добавки порушується
регулярність будови композитної плівки на молекулярному та надмолекулярному рівнях,
накопичуються дефекти, що призводить до зменшення міцності на розрив зі зростанням
вмісту Fe/C. Так за прикладання розтягуючого навантаження різнодовжинність прохідних
макромолекул в аморфних прошарках мікрофібрил сприяє нерівномірності розподілу
прикладеного навантаження та виникненню перенапружених відрізків макроланцюгів.
Згідно з кінетичною теорією міцності твердих тіл в процесі руйнування, насамперед,
рвуться найбільш напружені ділянки макроланцюгів [4,10].
На рис. 2. наведено залежність електропровідності композитних плівок від
об'ємного вмісту добавки Fe/C.
217
Рис. 2. Залежність електропровідності композитів ПЕВГ–Fe/C на частоті 1 кГц від вмісту
добавки
Як видно з рис. 2, електропровідність s на частоті 1 кГц відсутня для
неорієнтованої плівки з 1 мас. % (Fe/C (s=9,4∙10-11 Ом-1.см-1). За збільшення вмісту
добавки від 2 мас. % до 15 мас. % (від 0,004 до 0,02 об. %) спостерігається зростання
значень електропровідності (s складає 2,4∙10-5‒1∙10-3-Ом-1.см-1), що пов’язано з утворенням
перколяційних кластерів із провідного компоненту. Поріг перколяції, розрахований за
рівнянням теорії перколяції для системи ПЕВГ–Fe/С, складає 0,016, показник степені
t=1,5. Неорієнтовані композитні плівки за вмісту добавки, вищого за поріг перколяції,
залежно від величини електропровідності, можуть бути використані як антистатичні чи
електропровідні матеріали.
Орієнтаційне витягування понижує електропровідність (для плівок з λ=5‒6 ця
величина s=1,4∙10-12‒ 2,7∙10-11 Ом-1см-1), що викликано віддаленням наночастинок одна від
іншої та розривом провідних ланцюжків у напрямку орієнтаційного витягування.
На рис. 3 наведено петлі гістерезису композитних плівок ПЕВГ‒Fe/С за різного
вмісту добавки.
-4 -2 0 2 4
-6
-4
-2
0
2
4
6
(
em
u
/g
)
H(kOe)
1
2
3 Рис. 3. Криві намагнічування зразків
композитних плівок ПЕВГ‒Fe/С
за вмісту добавки Fe/С:
1‒15 мас. %; 2‒10 мас. %;
3‒5 мас. %
В табл. 2 зведено магнітні характеристики неорієнтованих композитних плівок на
основі ПЕВГ.
218
Таблиця 4. Магнітні характеристики композитних плівок ПЕВГ ‒ Fe/С
с,
мас. %
φоб ρс, г/см3 Hc
calc , Е σs, Гс∙см3/г Hc, Е
1 0,0053 0,9228 99,46 1,18 100,8
5 0,0090 0,9387 99,09 1,97 97.6
10 0,0189 0,9810 98,10 3,95 99,5
15 0,0297 1,0273 97,02 5,92 95,3
c мас – масова частка наповнювача; φоб – обʼємна частка наповнювача; ρс, г/см3 – питома
густина композиту; σs
calc, Гс∙см3/г – питома намагніченість розрахункова; Hc
calc , Е –
коерцитивна сила розрахункова; Hc – коерцитивна сила експериментальна, σs, Гс∙см3/г –
питома намагніченість насичення експериментальна
З табл. 4 видно, що питома намагніченість насичення σs для композитних
неорієнтованих плівок зростає від 1,2 Гс∙см3/г для плівок із вмістом 5 мас. % добавки до
5,9 Гс∙см3/г для плівки з 15 мас. % Fe/C, коерцитивна сила Hc
змінюється, залежно від
вмісту Fe/C, від 101 до 96 Е. Це свідчить про зростання міжчастинкової диполь-дипольної
взаємодії з ростом вмісту добавки.
Висновки
Одержано композитні плівки поліетилен високої густини ‒ добавка, що містить
вуглецеві нановолокна та магнітні наночастинки.
Проведено термоорієнтаційне витягування плівок. Встановлено, що зі зростанням
вмісту добавки понижується максимально можливий ступінь витягування.
Встановлено, що за однакового ступеню витягування (λ=7) міцність плівок на
розрив практично незмінна за низького ступеню наповнення (1,0‒2,0 мас. %) і
понижується з ростом вмісту добавки.
Показано вплив добавки на фазові переходи поліетилену в композитних плівках: за
невисокого вмісту добавки формується більш досконала кристалічна структура з
крупнішими та одноріднішими за розмірами кристалітами, а за підвищеного вмісту –
менш однорідна.
За високого ступеню наповнення неорієнтовані композитні плівки мають достатню
електропровідність та магнітні властивості. Можуть бути перспективними для
використання їх залежно від вмісту добавки як магнітні, антистатичні чи електропровідні
матеріали.
Залізовмісні волокнисті вуглецеві нанокомпозити, одержані за вітчизняною
конкурентоспроможною з точки зору матеріальних та енергетичних затрат на
виробництво, можуть бути використані для розробки функціональних полімерних
матеріалів.
Література
1. Мищенко С.В., Ткачев А.Г. Углеродные наноматериалы. Производство, свойства,
применение. Москва: Машиностроение. – 2008. – 320 с.
2. 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
219
вуглецевих нанокомпозитів // Металофізика та новітні технології. – 2019. вип. 41, № 9.
– С. 1153–1169. DOI: 10.15407/mfint.41.09.1153.
3. 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 // Поверхня. – 2021, №13(28). –
С.197‒205.
4. Регель В.Р.‚ Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых
тел. – Москва: Наука. – 1974. – 560 с.
5. Ки Б. Новейшие методы исследования полимеров. Пер. с англ. под ред.
акад. В.А. Каргина и канд. хим. наук Н.А. Платэ – Москва: Мир. – 1966. – 572 с.
6. Привалко В.П. Справочник по физической химии полимеров. Т. 2. – Киев: Наук. думка.
– 1984. – С. 176.
7. 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.
8. Соломко В.П. Наполненные кристаллизующиеся полимеры. – Киев: Наук. думка –.
1980. – 264 с.
9. Шибанова А.В., Цобкалло Е.С., Аксакал Б., Москалюк О.А. Деформационно-
прочностные и релаксационные свойства наполненных углеродными частицами
полипропиленовых ориентированных пленок // Вестник ТвГУ, Сер. «Химия» . –2016,
№2. – С. 28–38.
10. Комков Ю.А., Веттегрень В.И., Соломко В.П., Нижник В.В., Дзюбенко Л.С. //
Термодинамические и структурные свойства граничных слоев полимеров. – Киев:
Наук. думка. – 1976. – С. 74–77.
References
1. Mishchenko V., Tkachev A.G. The Carbon Nanomaterials: Industry, Properties and Use of
Those. (Moscow, Mashynostroyeniye (Machines Building or Engines Building, 2008)
(in Russian).
2. 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
3. Dzubenko L.S., Gorbyk P.P., Sapyanenko A.A., Rezanova N.M. N.M.. The Influence arbon-
Containing, Magnetic and Nano-Dispersed Additions on Structure and Electrophysical
Properties of Polypropylene-Based Composite Monofibers.
DOI:10.15407/Surface.2021.13.197
4. Regel’ V.R., Slutzker A.I., Tomashevs’kiy E.Ye. The Kinetical Nature by Strength of Solids.
Moscow: Nauka (Science). - 1974. – 560 p. (in Russian).
5.Newer Methods of Polymer Characterization. Bacon Ke, Ed. Interscience (Wiley), New‐
York. 1966: 572 p.
6. Privalko V.P. Reference Book for Physical Chemistry of Polymers. Vol.2 – Kiev, Naukova
Dumka (Scientific Opinion). – 1984. – P.176 (in Russian).
7. 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, 2007 (in
Russian).
220
8. Solomko V.P. The Filled and Crystallizing Polymers. - Kiev, Naukova Dumka. – 1980. - 264
p. (in Russian).
9. Shibanova A.V., Tsobkallo Ye.S., Axacal B., Moskalyuk O.A. The Deformation-Strength and
Relaxation Properties of Polypropylene Oriented Films, Filled with Carbon Particles.//
Vestnik TvGU, Seriya Khimiya (Chemistry Series). – 2016.-, Vol.2. – PP. 28-38 (in
Russian).
10. Komkov Yu.A., Vettegren’ V.I., Solomko V.P., Nyzhnyk V.V., Dzubenko L.S. The
Thermodynamic and Structural Properties of Polymer Boundary Layers. Kiev, Naukova
Dumka. – 1976. – PP. 74 – 77 (in Russian).
THE POLYETHYLENE-BASED COMPOSITE FILMS,
CONTAINING CARBON NANOFIBERS AND MAGNETIC
NANOPARTICLES
L.S. Dzubenko, P.P. Gorbyk, O.O. Sapyanenko, S.M. Makhno
O.O. Chuiko Institute for Surface Chemistry, NAS of Ukraine,
17, Generala Naumova Str, 03164, Kyiv, Ukraine,
phone: +38044 4229674, е-mail: lidia_dzubenko@isc.gov.ua
There are influence of Fe/C as polymer composition component studied, for use as PCM
of special purposes, on structure, mechanical, and electrophysical properties, when regarding to
goal for usage possibility establishing for carbon and iron-containing material of Fe/C, and last
was synthesized with CVD technique on iron-containing catalyst. There were PEHD- and nano-
disperse addition of Fe/C - based composite films prepared, with hot pressing method, of mass
equation in 42/58 for Fe/C, and addition content in PCM of 1 – 15 % mass. Then, there were
films oriented with thermogradient hot stretching.. It is established, that Fe/C presence is
decreasing for maximal stretching value λmax, for pure HDPE, to 5 for highly-loaded
compositions. There are addition’s influence on PE phase transitions in composite films: when
at low addition’s contents, then, there are forming more perfect crystalloid structure of more
larger and uniform crystallites by dimensions, but, at those higher - less uniform one. It is
established, that specific saturation magntetization values (σs ), for composite and non-oriented
films, are increasing, from 1.1 Gsꞏcm3/g for film of 5 %mass. of Fe/C, to 5.6 Gsꞏcm3/g (film of
15 % mass. Fe/C). There are cohertzitive power values, changing dependently from Fe/C
content, from 97 to 99 E. It is founded, that electrical conductivity values (s), at frequency of 1
kHz , is absent, for non-oriented film of 1 %mass. Fe/C (σ=9,4ꞏ10-11 Om-1cm-1), but, for those
non-oriented ones of 5- 15 %mass. are 2,4ꞏ10-5 ‒ 1ꞏ10 Om-1cm-1. Where are orientational
stretching actions, there are decreasing in electrical conductivity values - σ=1,4ꞏ10-12‒2,7ꞏ10-1
Om-1cm-1 for films of λ=5‒6. Those films, when at own intrinsic structure-mechanical, electrical
and magnetic properties, depending of Fe/C content, are perspective ones as magnetic, anti-
static and electrical conductive materials.
Key words: polyethylene, carbon and iron-containing addition, orientational stretching,
strength, melting, crystallization, electrical conductivity, magnetization.
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-757 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-02-08T08:11:36Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/94/54739546c4259e6684eba2e3019cee94.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7572023-04-20T10:24:32Z The polyethylene-based composite films, containing carbon nanofibers and magnetic nanoparticles Композитні плівки на основі поліетилену, що містять вуглецеві нановолокна та магнітні наночастинки Дзюбенко, Л. С. Горбик, П. П. Сап’яненко, О. О. Махно , С. М. polyethylene carbon and iron-containing addition orientational stretching strength melting crystallization electrical conductivity magnetization поліетилен вуглецева залізовмісна добавка орієнтаційне витягування міцність плавлення кристалізація електропровідність намагніченість There are influence of  Fe/C as polymer composition component studied, for use as PCM of special purposes, on structure, mechanical, and electrophysical properties, when regarding to goal for usage possibilty establishing  for carbon and iron-containing material of Fe/C, and last was synthesized with CVD technique on iron-containing catalyst. There were PEHD- and nano-disperse addition of Fe/C - based composite films prepared, with hot pressing method, of mass equation in 42/58 for Fe/C, and  addition content in PCM of   1 – 15 % mass.  Then, there were films oriented with thermogradient hot stretching.. It is established, that Fe/C presence is decreasing for maximal stretching value λmax, for pure HDPE, to 5 for highly-loaded compositions. There are addition’s influence on PE phase transitions  in composite films: when at low addition’s contents, then, there are forming more perfect crystallic structure of more larger and uniform crystallites by dimensions, but, at those higher - less uniform one. It is established, that specific saturation magntetization values (σs ), for composite and non-oriented films, are increasing, from 1.1 Gs∙cm3/g for film of 5 %mass. of Fe/C,  to 5.6 Gs∙cm3/g (film of  15 % mass. Fe/C). There are cohertzitive power values, changing dependently from Fe/C comtent, from 97 to 99 E. It is founded, that electrical conductivity values (s), at  frequency of 1 kHz , is absent, for non-oriented film of 1 %mass. Fe/C (σ=9,4∙10-11 Om-1cm-1), but, for those non-oriented ones of  5- 15 %mass. are 2,4∙10-5 ‒ 1∙10  Om-1cm-1. Where are orientational stretching actions, there are decreasing in electrical conductivity values - σ=1,4∙10-12‒2,7∙10‑1 Om-1cm-1 for films of   λ=5‒6. Those films, when at own intrinsic structure-mechanical, electrical and magnetic properties, depending of Fe/C content,  are perspective ones as magnetic, anti-static and electrical conductive materials.   З метою встановлення можливості використання вуглецевого залізовмісного матеріалу Fe/C, синтезованого CVD методом на залізовмісному каталізаторі, для ПКМ спеціального призначення вивчено вплив Fe/C як комопонента полімерної композиції на структуру, механічні та електрофізичні властивості ПКМ. Методом гарячого пресування одержано композитні плівки на основі поліетилену високої густини (ПЕВГ) та нанодисперсної добавки Fe/С. (масове співвідношення Fe/C у добавці 42/58, вміст добавки в ПКМ – 1–15 мас. %) Плівки орієнтовано методом термоградієнтного витягування. Встановлено, що присутність Fe/С зменшує максимально можливий ступінь витягування λmax від 20 для ПЕВГ до 5 для високонаповнених композицій. Виявлено вплив добавки на фазові переходи ПЕ в композитних плівках: за невисокого вмісту добавки формується більш досконала кристалічна структура з крупнішими та одноріднішими за розмірами кристалітами, а за підвищеного вмісту – менш однорідна. Встановлено, що питома намагніченість насичення σs для композитних неорієнтованих плівок зростає від 1,1 Гс∙см3/г для плівки з 5 мас. % Fe/C до 5,6 Гс∙см3/г для плівки з 15 мас. % Fe/C. Коерцитивна сила Hc  змінюється залежно від вмісту Fe/C від 99 до 97 Е. Виявлено, що електропровідність (s) на частоті 1 кГц відсутня для неорієнтованої плівки з 1 мас. % Fe/C (σ=9,4∙10-11 Ом-1.см-1), а для неорієнтованих плівок із 5 ‒ 15 мас. % Fe/C s складає 2,4∙10-5 ‒ 1∙10-3-Ом-1.см-1. Орієнтаційне витягування знижує електропровідність (σ=1,4∙10-12‒2,7∙10‑11Ом-1см-1 для плівок з λ=5‒6). За своїми структурно-механічними, електричними та магнітними властивостями залежно від вмісту Fe/C композитні плівки можуть бути перспективними для використання їх як магнітних, антистатичних чи електропровідних матеріалів. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2022-11-30 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/757 10.15407/Surface.2022.14.213 Surface; No. 14(29) (2022): Surface; 213-220 Поверхность; № 14(29) (2022): Поверхня; 213-220 Поверхня; № 14(29) (2022): Поверхня; 213-220 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2022.14 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/757/750 Авторське право (c) 2022 Л.С. Дзюбенко, П.П. Горбик, О.О. Сап’яненко, С.М. Махно |
| spellingShingle | поліетилен вуглецева залізовмісна добавка орієнтаційне витягування міцність плавлення кристалізація електропровідність намагніченість Дзюбенко, Л. С. Горбик, П. П. Сап’яненко, О. О. Махно , С. М. Композитні плівки на основі поліетилену, що містять вуглецеві нановолокна та магнітні наночастинки |
| title | Композитні плівки на основі поліетилену, що містять вуглецеві нановолокна та магнітні наночастинки |
| title_alt | The polyethylene-based composite films, containing carbon nanofibers and magnetic nanoparticles |
| title_full | Композитні плівки на основі поліетилену, що містять вуглецеві нановолокна та магнітні наночастинки |
| title_fullStr | Композитні плівки на основі поліетилену, що містять вуглецеві нановолокна та магнітні наночастинки |
| title_full_unstemmed | Композитні плівки на основі поліетилену, що містять вуглецеві нановолокна та магнітні наночастинки |
| title_short | Композитні плівки на основі поліетилену, що містять вуглецеві нановолокна та магнітні наночастинки |
| title_sort | композитні плівки на основі поліетилену, що містять вуглецеві нановолокна та магнітні наночастинки |
| topic | поліетилен вуглецева залізовмісна добавка орієнтаційне витягування міцність плавлення кристалізація електропровідність намагніченість |
| topic_facet | polyethylene carbon and iron-containing addition orientational stretching strength melting crystallization electrical conductivity magnetization поліетилен вуглецева залізовмісна добавка орієнтаційне витягування міцність плавлення кристалізація електропровідність намагніченість |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/757 |
| work_keys_str_mv | AT dzûbenkols thepolyethylenebasedcompositefilmscontainingcarbonnanofibersandmagneticnanoparticles AT gorbikpp thepolyethylenebasedcompositefilmscontainingcarbonnanofibersandmagneticnanoparticles AT sapânenkooo thepolyethylenebasedcompositefilmscontainingcarbonnanofibersandmagneticnanoparticles AT mahnosm thepolyethylenebasedcompositefilmscontainingcarbonnanofibersandmagneticnanoparticles AT dzûbenkols kompozitníplívkinaosnovípolíetilenuŝomístâtʹvuglecevínanovoloknatamagnítnínanočastinki AT gorbikpp kompozitníplívkinaosnovípolíetilenuŝomístâtʹvuglecevínanovoloknatamagnítnínanočastinki AT sapânenkooo kompozitníplívkinaosnovípolíetilenuŝomístâtʹvuglecevínanovoloknatamagnítnínanočastinki AT mahnosm kompozitníplívkinaosnovípolíetilenuŝomístâtʹvuglecevínanovoloknatamagnítnínanočastinki AT dzûbenkols polyethylenebasedcompositefilmscontainingcarbonnanofibersandmagneticnanoparticles AT gorbikpp polyethylenebasedcompositefilmscontainingcarbonnanofibersandmagneticnanoparticles AT sapânenkooo polyethylenebasedcompositefilmscontainingcarbonnanofibersandmagneticnanoparticles AT mahnosm polyethylenebasedcompositefilmscontainingcarbonnanofibersandmagneticnanoparticles |