Структура межфазных областей в полимерных нанокомпозитах
Автор: Дышин О.А., Габибов И.А., Шамилов В.М., Рустамова К.Б.
Статья в выпуске: 3, 2019 года.
Бесплатный доступ
Дан анализ зависимости характеристик межфазных областей наполнителей от структурных показателей металлополимерного нанокомпозита, полученной путем сшивания двух полимеров (эпоксидной смолы ЭД-20 и бутадиен-стирольного каучука - БСК) с наполнителем - наночастицы меди. Для расчета объемной доли межфазной области, φмф, в работе использованы установленные нами ранее выражения для фрактальной размерности поверхности частиц наполнителя, dH, и диаметра агрегатов частиц наполнителя, Dag. Исследуемый полимер рассмотрен как естественный нанокомпозит; для описания особенностей структуры его аморфного состояния использовалась кластерная модель. Согласно этой модели, сетчатый полимер состоит из двух компонентов - рыхлоупакованной матрицы и нанокластеров, причем последние играют роль нанонаполнителя, а рыхлоупакованная матрица - роль матрицы естественного нанокомпозита. На основании фрактальных оценок поверхности нанокластеров найдена зависимость объемной доли рыхлоупакованной матрицы от температуры композита. Показано, что размерный эффект нанокластеров идентичен соответствующему эффекту дисперсного нанонаполнителя в искусственных полимерных нанокомпозитах, а именно: уменьшение числа статистических сегментов в одном кластере и радиуса кластеров повышает степень усиления (модуля упругости) естественного нанокомпозита. Кроме того, для рассматриваемого сетчатого полимера нет межфазных областей, структурно отличающихся от рыхлоупакованной матрицы, поскольку проведенные расчеты относительных объемных долей межфазных областей и рыхлоупакованной матрицы показывают их хорошее совпадение в пределах заданной погрешности исходных данных.
Межфазная область, аморфное состояние, металлополимер, естественные и искусственные нанокомпозиты, кластерная модель, нанокластеры, фрактальная размерность агрегата частиц, фрактальная размерность поверхности, статистическая гибкость полимерной цели, сетчатый полимер, температуры стеклования и плавления, химическая сшивка полимеров, функциональность нанокластера
Короткий адрес: https://sciup.org/146281943
IDR: 146281943 | УДК: 678.5.066 | DOI: 10.15593/perm.mech/2019.3.14
The structure of interfacial regions in polymer nanocomposites
The paper analyzes the dependence of characteristics of the interface areas between the filler and the metal-polymer nanocomposite on structural parameters of the metal-polymer nanocomposite obtained by cross-linking two polymers (epoxy resin ED-20 and butadiene styrene rubber - BSR) and the filler, i.e. copper nanoparticles. To calculate the volume fraction of the interphase region, φмф, we used the previously established expressions for the fractal dimension of the surface of the filler particles, dH, and the diameter of the filler particle aggregates, Dag. The polymer under study is considered as a natural nanocomposite using cluster models to describe the peculiarities of its amorphous state structure. According to this model, a mesh polymer consists of two components - a loosely packed matrix and nanoclusters, the latter plays the role of a nano-filler, and a loosely packed matrix which plays the role of a natural nanocomposite matrix. On the basis of the fractal estimates of the surface of nanoclusters, the dependence of the volume fraction of the loosely packed matrix on the composite temperature has been found. It has been shown that the dimensional effect of nanoclusters is identical to the corresponding effect of the dispersed nano-filler in artificial polymeric nanocomposites, namely, the reduction of the number of statistical segments in one cluster and the radius of the clusters increases the degree of amplification (modulus of elasticity) of the natural nanocomposite. In addition, for the mesh polymer under consideration, there are no interphase regions structurally different from the loosely packed matrix, since the calculations of the relative volume fractions of the interphase regions and the loosely packed matrix, respectively, show a good convergence within a given error of the initial data.
Список литературы Структура межфазных областей в полимерных нанокомпозитах
- Смирнов В.А., Королев Е.В., Альбакасов Н.И. Размерные эффекты и топологические особенности наномодифицированных композитов // Нанотехнологии в строительстве. - 2011. - № 4. - С. 17-27.
- Макитаев А.К., Козлов Г.В., Заиков Г.Е. Полимерные нанокомпозиты: многообразие структурных форм и приложений. - М.: Наука, 2009. - 278 с.
- Слоевая структура межфазных областей в полимерных композитах и нанокомпозитах / Г.В. Козлов, Ю.Г. Яновский, Х.Ш. Яхьяева, Г.М. Магомедов // Нанотехнологии в строительстве. - 2012. - № 4. - С. 28-34.
- Козлов Г.В. Структура и свойства дисперсно-наполненных полимерных нанокомпозитов // Успехи физических наук. - 2015. - Т. 185, № 1. - С. 35-64.
- Kozlov G.V., Yanovskii Yu.G., Zaikov G.E. The experimental and theoretical estimation of interfacial layer thickness in elastomeric nanocomposites // Book of Abstarcts of 11-th Intern. Conf. of Frontiers and Advanced Materials. - Pretoria, South Africa, 2011. - P. 162.
