Механические свойства полимерной композиции на основе эпоксидной смолы при вариации толщины оболочки полилактида на поверхностях дисперсных частиц оксида меди (I)

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Mittal V. Surface Modification of Nanoparticle and Natural Fiber Fillers. John Wiley & Sons, 2015. 242 p. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/9783527670260.

8. 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.

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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.311-313.260

26. Gutiérrez-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.2012.12.087

27. Победря Б.Е. Механика композиционных материалов [Электронный ресурс]. URL: https://www.studmed.ru/pobedrya-be-mehanika-kompozicionnyh-materialov_a9bfe168ebe.html

28. 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.

29. 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.

30. 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.

31. Ильюшенко Е.В., Киенская К.И., Авpаменко Г.В. Микpоэмульсионное инкапсулиpование гидpохлоpида тpигексифенидила // Химическая технология. 2010. №3. С. 165–169.