plasticnewsПластические массыPlasticheskie massy0554-2901PLASTMASSY Publishing House (Moscow)10.35164/0554-2901-2023-11-12-31-34plasticnews-935Research ArticleСТРУКТУРА И СВОЙСТВАSTRUCTURE AND PROPERTIESМеханические свойства полимерной композиции на основе эпоксидной смолы при вариации толщины оболочки полилактида на поверхностях дисперсных частиц оксида меди (I)Epoxy resin mechanical properties in composition with copper (I) oxide particles, encapsulated by polylactide with variable thicknessБобинаЕ. А.BobinaE. A.

Казань

Kazan

ДанилаевМ. П.DanilaevM. P.

Казань

Kazan

danilaev@mail.comДебердеевТ. Р.DeberdeevT. R.

Казань

Kazan

ДробышевС. В.DrobyshevS. V.

Казань

Kazan

КарандашовС. А.KarandashovS. A.

Казань

Kazan

КлабуковМ. А.KlabukovM. A.

Казань

Kazan

КуклинВ. А.KuklinV. A.

Казань

Kazan

ФайзуллинК. В.FaizullinK. V.

Казань

Kazan

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИРоссияKazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev – KAIRussian FederationКазанский национальный исследовательский технологический университетРоссияKazan National Research Technological University (KNRTU)Russian FederationКазанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ; Казанский федеральный университетРоссияKazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev – KAI; Kazan Federal UniversityRussian Federation202312012024011-123134Copyright © Бобина Е.А., Данилаев М.П., Дебердеев Т.Р., Дробышев С.В., Карандашов С.А., Клабуков М.А., Куклин В.А., Файзуллин К.В., 20242024Бобина Е.А., Данилаев М.П., Дебердеев Т.Р., Дробышев С.В., Карандашов С.А., Клабуков М.А., Куклин В.А., Файзуллин К.В.Bobina E.A., Danilaev M.P., Deberdeev T.R., Drobyshev S.V., Karandashov S.A., Klabukov M.A., Kuklin V.A., Faizullin K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.plastics-news.ru/jour/article/view/935

Обеспечение требуемых функциональных и механических свойств необходимо при создании дисперсно-наполненных полимерных композиций. Варьирование толщины оболочки капсулированных частиц наполнителя позволяет изменять механические свойства такой композиции. В работе показано, что наличие полимерной оболочки полилактида и ее толщина на поверхностях частиц оксида меди (I) существенно влияет на показатели прочности полимерного композиционного материала на основе эпоксидной смолы ЭД-20. Обосновано, что такое влияние обусловлено повышением взаимодействия между капсулированными частицами и полимером матрицы, в отличие от некапсулированных частиц. Кроме того, изменение размера частиц с ростом толщины оболочки также влияет на прочностные свойства композиции. Показано, что модуль упругости наполненного материала не зависит от толщины оболочки на поверхностях частиц.

The required functional and mechanical properties are necessary for design the polymer compositions with dispersed fillers. The mechanical properties of such polymer composition can be changed by encapsulated filler particles shell thickness varying. The paper shows that the presence of polylactide polymer shell and its thickness on the surfaces of copper (I) oxide particles significantly affect the strength of polymer composite material based on ED-20 epoxy resin. That is due to the interaction between encapsulated particles and the matrix polymer, in contrast to noncapsulated particles. In addition, a change in particle size due to increasing shell thickness also affects the strength properties of the composition. It is shown that the elastic modulus of the filled epoxy composite does not depend on the shell thickness on the particle surfaces.

полимерный композиционный материалпрочностьдисперсные частицыкапсулированиеpolymer compositestrengthdispersed fillersencapsulatedНаучные исследования проведены при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант №23-29-00160ReferencesFu S.-Y., Feng X.-Q., Lauke B., Mai Y.-W. Effects of particle size, particle/matrix interface adhesion and particle loading on mechanical properties of particulate–polymer composites // Compos. Part B Eng. 2008. V. 39, №6. P. 933–961. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2008.01.002.Fu S.-Y., Feng X.-Q., Lauke B., Mai Y.-W. Effects of particle size, particle/matrix interface adhesion and particle loading on mechanical properties of particulate–polymer composites // Compos. Part B Eng. 2008. V. 39, №6. P. 933–961. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2008.01.002.Kawaguchi T., Pearson R.A. The effect of particle–matrix adhesion on the mechanical behavior of glass filled epoxies: Part 1. A study on yield behavior and cohesive strength // Polymer. 2003. V. 44, №15. P. 4229–4238. DOI: https://doi.org/10.1016/S0032-3861(03)00371-9.Kawaguchi T., Pearson R.A. The effect of particle–matrix adhesion on the mechanical behavior of glass filled epoxies: Part 1. A study on yield behavior and cohesive strength // Polymer. 2003. V. 44, №15. P. 4229–4238. DOI: https://doi.org/10.1016/S0032-3861(03)00371-9.Сапронов А.А., Бень А.П., Букетова Н.Н. Исследование адгезионных и физико-механических свойств эпоксидных нанокомпозитов, наполненных фуллереном С 60 // Пластические массы. 2015. №9–10. С. 18–21.Сапронов А.А., Бень А.П., Букетова Н.Н. Исследование адгезионных и физико-механических свойств эпоксидных нанокомпозитов, наполненных фуллереном С 60 // Пластические массы. 2015. №9–10. С. 18–21.Kuklin V., Karandashov S., Bobina E. et al. Analysis of Aluminum Oxides Submicron Particle Agglomeration in Polymethyl Methacrylate Composites // Int. J. Mol. Sci. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2023. V. 24, № 3. P. 2515. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms24032515.Kuklin V., Karandashov S., Bobina E. et al. Analysis of Aluminum Oxides Submicron Particle Agglomeration in Polymethyl Methacrylate Composites // Int. J. Mol. Sci. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2023. V. 24, № 3. P. 2515. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms24032515.Samal S. Effect of shape and size of filler particle on the aggregation and sedimentation behavior of the polymer composite // Powder Technol. 2020. V. 366. P. 43–51. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.02.054.Samal S. Effect of shape and size of filler particle on the aggregation and sedimentation behavior of the polymer composite // Powder Technol. 2020. V. 366. P. 43–51. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.02.054.Paszkiewicz S., Pypeć K., Irska I. and Piesowicz E. Functional Polymer Hybrid Nanocomposites Based on Polyolefins: A Review // Processes. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2020. V. 8, №11. P. 1475. DOI: https://doi.org/10.3390/pr8111475.Paszkiewicz S., Pypeć K., Irska I. and Piesowicz E. Functional Polymer Hybrid Nanocomposites Based on Polyolefins: A Review // Processes. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2020. V. 8, №11. P. 1475. DOI: https://doi.org/10.3390/pr8111475.Mittal V. Surface Modification of Nanoparticle and Natural Fiber Fillers. John Wiley & Sons, 2015. 242 p. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/9783527670260.Mittal V. Surface Modification of Nanoparticle and Natural Fiber Fillers. John Wiley & Sons, 2015. 242 p. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/9783527670260.Ghosh Chaudhuri R., Paria S. Core/Shell Nanoparticles: Classes, Properties, Synthesis Mechanisms, Characterization, and Applications // Chem. Rev. American Chemical Society, 2012. V. 112, №4. P. 2373–2433. DOI: https://doi.org/10.1021/cr100449n.Ghosh Chaudhuri R., Paria S. Core/Shell Nanoparticles: Classes, Properties, Synthesis Mechanisms, Characterization, and Applications // Chem. Rev. American Chemical Society, 2012. V. 112, №4. P. 2373–2433. DOI: https://doi.org/10.1021/cr100449n.Kashfipour M.A., Mehra N., Zhu J. A review on the role of interface in mechanical, thermal, and electrical properties of polymer composites // Adv. Compos. Hybrid Mater. 2018. V. 1, №3. P. 415–439. DOI: https://doi.org/10.1007/s42114-018-0022-9.Kashfipour M.A., Mehra N., Zhu J. A review on the role of interface in mechanical, thermal, and electrical properties of polymer composites // Adv. Compos. Hybrid Mater. 2018. V. 1, №3. P. 415–439. DOI: https://doi.org/10.1007/s42114-018-0022-9.Jesson D.A., Watts J.F. The Interface and Interphase in Polymer Matrix Composites: Effect on Mechanical Properties and Methods for Identification // Polym. Rev. Taylor & Francis, 2012. V. 52, №3. P. 321–354. DOI: https://doi.org/10.1080/15583724.2012.710288.Jesson D.A., Watts J.F. The Interface and Interphase in Polymer Matrix Composites: Effect on Mechanical Properties and Methods for Identification // Polym. Rev. Taylor & Francis, 2012. V. 52, №3. P. 321–354. DOI: https://doi.org/10.1080/15583724.2012.710288.Кахраманов Н.Т., Гулиев А.Д., Аллахвердиева Х.В. Состояние проблемы получения и исследования структуры и свойств нанокомпозитов на основе полиолефинов и минеральных наполнителей // Пластические массы. 2022. Т. 1, №11–12. С. 46–52. DOI: https://doi.org/10.35164/0554-2901-2021-11-12-46-52.Кахраманов Н.Т., Гулиев А.Д., Аллахвердиева Х.В. Состояние проблемы получения и исследования структуры и свойств нанокомпозитов на основе полиолефинов и минеральных наполнителей // Пластические массы. 2022. Т. 1, №11–12. С. 46–52. DOI: https://doi.org/10.35164/0554-2901-2021-11-12-46-52.Akhmadeev A.A., Bogoslov E.A., Danilaev M.P. et al. Influence of the Thickness of a Polymer Shell Applied to Surfaces of Submicron Filler Particles on the Properties of Polymer Compositions // Mech. Compos. Mater. 2020. V. 56, №2. P. 241–248. DOI: https://doi.org/10.1007/s11029-020-09876-4.Akhmadeev A.A., Bogoslov E.A., Danilaev M.P. et al. Influence of the Thickness of a Polymer Shell Applied to Surfaces of Submicron Filler Particles on the Properties of Polymer Compositions // Mech. Compos. Mater. 2020. V. 56, №2. P. 241–248. DOI: https://doi.org/10.1007/s11029-020-09876-4.Danilaev M.P., Karandashov S.A., Kiyamov A.G. et al. Formation and Behavior of Residual Stresses in Particulate-Filled Polymer Composites with a Partially Crystalline Structure // Phys. Mesomech. 2022. V. 25, № 4. P. 335–343. DOI: https://doi.org/10.1134/S1029959922040075.Danilaev M.P., Karandashov S.A., Kiyamov A.G. et al. Formation and Behavior of Residual Stresses in Particulate-Filled Polymer Composites with a Partially Crystalline Structure // Phys. Mesomech. 2022. V. 25, № 4. P. 335–343. DOI: https://doi.org/10.1134/S1029959922040075.Valenkov A.M., Gofman I.V., Nosov K.S. et al. Polymeric composite systems modified with allotropic forms of carbon (review) // Russ. J. Appl. Chem. 2011. V. 84, №5. P. 735–750. DOI: https://doi.org/10.1134/S1070427211050016.Valenkov A.M., Gofman I.V., Nosov K.S. et al. Polymeric composite systems modified with allotropic forms of carbon (review) // Russ. J. Appl. Chem. 2011. V. 84, №5. P. 735–750. DOI: https://doi.org/10.1134/S1070427211050016.Lopresti F., Pavia F.C., Vitrano I. et al. Effect of hydroxyapatite concentration and size on morpho-mechanical properties of PLA-based randomly oriented and aligned electrospun nanofibrous mats // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2020. V. 101. P. 103449. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.103449.Lopresti F., Pavia F.C., Vitrano I. et al. Effect of hydroxyapatite concentration and size on morpho-mechanical properties of PLA-based randomly oriented and aligned electrospun nanofibrous mats // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2020. V. 101. P. 103449. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.103449.Rodríguez H.A., Kriven W.M., Casanova H. Development of mechanical properties in dental resin composite: Effect of filler size and filler aggregation state // Mater. Sci. Eng. C. 2019. V. 101. P. 274–282. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.03.090.Rodríguez H.A., Kriven W.M., Casanova H. Development of mechanical properties in dental resin composite: Effect of filler size and filler aggregation state // Mater. Sci. Eng. C. 2019. V. 101. P. 274–282. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.03.090.Takagi H. Review of Functional Properties of Natural Fiber-Reinforced Polymer Composites: Thermal Insulation, Biodegradation and Vibration Damping Properties // Adv. Compos. Mater. Taylor & Francis, 2019. V. 28, № 5. P. 525–543. DOI: https://doi.org/10.1080/09243046.2019.1617093.Takagi H. Review of Functional Properties of Natural Fiber-Reinforced Polymer Composites: Thermal Insulation, Biodegradation and Vibration Damping Properties // Adv. Compos. Mater. Taylor & Francis, 2019. V. 28, № 5. P. 525–543. DOI: https://doi.org/10.1080/09243046.2019.1617093.Wang Y., Hua H., Li W. et al. Strong antibacterial dental resin composites containing cellulose nanocrystal/zinc oxide nanohybrids // J. Dent. 2019. V. 80. P. 23–29. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jdent.2018.11.002.Wang Y., Hua H., Li W. et al. Strong antibacterial dental resin composites containing cellulose nanocrystal/zinc oxide nanohybrids // J. Dent. 2019. V. 80. P. 23–29. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jdent.2018.11.002.Данилаев М.П., Ильинская О.Н. Карандашов С.А. и др. Полимерная композиция с биоцидным эффектом // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности, Материалы XV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием - г. Бийск, 2022. С. 316–318. DOI: 10.25699/tohbipp.2022.60.48.034.Данилаев М.П., Ильинская О.Н. Карандашов С.А. и др. Полимерная композиция с биоцидным эффектом // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности, Материалы XV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием - г. Бийск, 2022. С. 316–318. DOI: 10.25699/tohbipp.2022.60.48.034.Murariu M., Dechief A.L., Bonnaud L. et al. The production and properties of polylactide composites filled with expanded graphite // Polym. Degrad. Stab. 2010. V. 95, № 5. P. 889–900. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2009.12.019.Murariu M., Dechief A.L., Bonnaud L. et al. The production and properties of polylactide composites filled with expanded graphite // Polym. Degrad. Stab. 2010. V. 95, № 5. P. 889–900. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2009.12.019.Механические свойства дисперсно-армированных полимерных композиционных материалов: коллективная монография / И.Н. Сидоров, М.П. Данилаев, В.А. Куклин, А.И. Энская. – Казань: КНИТУ-КАИ. 160 с.Механические свойства дисперсно-армированных полимерных композиционных материалов: коллективная монография / И.Н. Сидоров, М.П. Данилаев, В.А. Куклин, А.И. Энская. – Казань: КНИТУ-КАИ. 160 с.Данилаев М.П., Дорогов Н.В., Дробышев С.В. и др. Капсулирование дисперсных частиц оксида меди (I) полилактидом // Конденсированные среды и межфазные границы. Т. 25, №1. С. 27–36. DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/10943.Данилаев М.П., Дорогов Н.В., Дробышев С.В. и др. Капсулирование дисперсных частиц оксида меди (I) полилактидом // Конденсированные среды и межфазные границы. Т. 25, №1. С. 27–36. DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/10943.Danilaev M.P., Drobyshev S.V., Klabukov M.A. et al. Formation of a Polymer Shell of a Given Thickness on Surfaces of Submicronic Particles // Nanobiotechnology Rep. 2021. V. 16, №2. P. 162–166. DOI: https://doi.org/10.1134/S263516762102004X.Danilaev M.P., Drobyshev S.V., Klabukov M.A. et al. Formation of a Polymer Shell of a Given Thickness on Surfaces of Submicronic Particles // Nanobiotechnology Rep. 2021. V. 16, №2. P. 162–166. DOI: https://doi.org/10.1134/S263516762102004X.Чёрный Г.Г., Лосев С.А. (ред.) Физико-химические процессы в газовой динамике, том 1 [Электронный ресурс]. URL: https://www.studmed.ru/chernyy-gg-losev-sa-red-fiziko-himicheskie-processy-v-gazovoy-dinamike-tom-1_e1dd614af27.html.Чёрный Г.Г., Лосев С.А. (ред.) Физико-химические процессы в газовой динамике, том 1 [Электронный ресурс]. URL: https://www.studmed.ru/chernyy-gg-losev-sa-red-fiziko-himicheskie-processy-v-gazovoy-dinamike-tom-1_e1dd614af27.html.Osman E., Vakhguelt A., Sbarski I. and Mutasher S.A. Mechanical Properties of Kenaf - Unsaturated Polyester Composites: Effect of Fiber Treatment and Fiber Length // Adv. Mater. Res. Trans Tech Publications Ltd, 2011. V. 311–313. P. 260–271. DOI: http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.311-313.260Osman E., Vakhguelt A., Sbarski I. and Mutasher S.A. Mechanical Properties of Kenaf - Unsaturated Polyester Composites: Effect of Fiber Treatment and Fiber Length // Adv. Mater. Res. Trans Tech Publications Ltd, 2011. V. 311–313. P. 260–271. DOI: http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.311-313.260Gutiérrez-Mejía A., Herrera-Kao W., Duarte-Aranda S. et al. Synthesis and characterization of core–shell nanoparticles and their influence on the mechanical behavior of acrylic bone cements // Mater. Sci. Eng. C. 2013. V. 33, №3. P. 1737–1743. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2012.12.087Gutiérrez-Mejía A., Herrera-Kao W., Duarte-Aranda S. et al. Synthesis and characterization of core–shell nanoparticles and their influence on the mechanical behavior of acrylic bone cements // Mater. Sci. Eng. C. 2013. V. 33, №3. P. 1737–1743. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2012.12.087Победря Б.Е. Механика композиционных материалов [Электронный ресурс]. URL: https://www.studmed.ru/pobedrya-be-mehanika-kompozicionnyh-materialov_a9bfe168ebe.htmlПобедря Б.Е. Механика композиционных материалов [Электронный ресурс]. URL: https://www.studmed.ru/pobedrya-be-mehanika-kompozicionnyh-materialov_a9bfe168ebe.htmlКоротков В.Н., Чеканов Ю.А., Розенберг Б.А. Усадочные дефекты при отверждении полимерных композитных материалов (Обзор) // Высокомолекулярные соединения, Серия А. 1994. Т. 36, №4. С. 684–693.Коротков В.Н., Чеканов Ю.А., Розенберг Б.А. Усадочные дефекты при отверждении полимерных композитных материалов (Обзор) // Высокомолекулярные соединения, Серия А. 1994. Т. 36, №4. С. 684–693.Свистков А.Л. Моделирование разрушения эластомера с твердым наполнителем зернистого типа с учетом характерных размеров включений // Высокомолекулярные соединения Серия А. 1994. Т. 36, №3. С. 412–418.Свистков А.Л. Моделирование разрушения эластомера с твердым наполнителем зернистого типа с учетом характерных размеров включений // Высокомолекулярные соединения Серия А. 1994. Т. 36, №3. С. 412–418.В.М. Петров, С.Н. Безпальчук, С.П. Яковлев. О влиянии структуры на прочность изделий из пластиков, получаемых методом 3D-печати // Вестник государственного университета морского и речного флота им адмирала С. О. Макарова. 2017. №4 (44). – С. 765–776. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-4-765-776.В.М. Петров, С.Н. Безпальчук, С.П. Яковлев. О влиянии структуры на прочность изделий из пластиков, получаемых методом 3D-печати // Вестник государственного университета морского и речного флота им адмирала С. О. Макарова. 2017. №4 (44). – С. 765–776. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-4-765-776.Ильюшенко Е.В., Киенская К.И., Авpаменко Г.В. Микpоэмульсионное инкапсулиpование гидpохлоpида тpигексифенидила // Химическая технология. 2010. №3. С. 165–169.Ильюшенко Е.В., Киенская К.И., Авpаменко Г.В. Микpоэмульсионное инкапсулиpование гидpохлоpида тpигексифенидила // Химическая технология. 2010. №3. С. 165–169.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.