Автореферат диссертации (Структура и свойства строительных материалов на основе наномодифицированных композитов и смесей полимеров), страница 2

Нанокомпозиты содержат полиэтилен иуглеродные наночастицы, смеси состоят из АБС-пластика и поливинилхлорида (ПВХ).2) Проверка расчетных схем для определения модуля упругости, температуры стеклованиянаномодифицированных композитов и смесей полимеров.53) Температурные и концентрационные зависимости прочностных и деформационныхсвойств нанокомпозитов на основе полиэтилена и углеродных наночастиц.4)Температурные и деформационные зависимости релаксационных свойств изделий изДПК.5) Оптимальное соотношение АБС-пластика и ПВХ, полиэтилена и углеродных наночастицдля повышения модуля упругости.6) Физико-технические характеристики смесей ПВХ и АБС-пластика, полиэтилена и углеродных наночастиц, в том числе релаксационные характеристики.7) Параметры прочности, жесткости и деформативности полученных смесей наномодифицированных композитов, армированных углеродными нанотрубками.Личный вклад автора состоит в разработке и проверке адекватности расчетных схем дляанализа свойств смесей полимеров и наномодифицированных композитов; участие автора впланировании и проведении исследований свойств всех объектов исследования, анализе иобобщении результатов работы, оформлении полученных результатов в виде публикаций и докладов.Степень достоверности результатов работы обеспечивается проведением испытаний насовременном оборудовании, применением стандартизированных методик, обеспечивающих достоверную точность и воспроизводимость результатов, обработкой экспериментальных данныхс использованием современных теорий по свойствам смесей полимеров и ядер релаксации, основанных на изменении термодинамических функций в ходе релаксационного процесса.Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы прошли апробацию наследующих международных и всероссийских конференциях:Международная научно-практическая конференция студентов, магистрантов, аспирантов имолодых ученых «Строительство - формирование среды жизнедеятельности», Москва (2015),(2016), (2017), (2018); Международная научная конференция «Молодые исследователи - регионам», Вологда (2015); X международная научно-практическая конференция «Научные перспективы XXI века, достижения и перспективы нового столетия», Новосибирск (2015); Международная научно-практической конференции «О вопросах и проблемах современных математических и естественных наук», Челябинск (2015); Международная научно-практическая конференция «Наука сегодня: реальность и перспективы».

(2016); VI Бакеевская Всероссийская с международным участием школа-конференция для молодых ученых «Макромолекулярные нанообъекты и полимерные нанокомпозиты», Москва (2016); Международная научная конференция«Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании», Москва (2017).Конференция-аттестация «Веснянка 2018», ФГБУН «Институт элементоорганических соедине6ний им.

А.Н. Несмеянова» РАН, Москва (2018), XXVII R-S-P Seminar, Theoretical Foundation ofCivil Engineering (27RSP) (TFoCE 2018) Rostov-on-Don, Russia (2018).Внедрение результатов исследований. Результаты диссертационной работы внедрены наООО НПТО «Тисма» при изготовлении опытной партии плиток на основе смеси вторичногоАБС-пластика с ПВХ (в концентрации 40/60).Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 22 научных статьях и докладах,в том числе 10 статей в рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией для публикации основных научных результатов диссертации на соисканиеученой степени кандидата наук. Из этих статей 4 статьи соответствуют специальности диссертационной работы.

2 работы в зарубежных изданиях, индексируемых в Scopus. Остальные 10работ — материалы научных конференций.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, приложений. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, включающего 75 рисунков, 15 таблиц, 227 наименований литературных источников, 1 приложение.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫОбоснована актуальность темы диссертационной работы. Она связана с тем, что для полимерных материалов наиболее важным является исследование релаксационных свойств. Этисвойства для нанокомпозитов на основе полиэтилена и нанотрубок, а также смесей вторичногоАБС-пластика с поливинилхлоридом, древесно-полимерных композитов, смесей вторичногополипропилена с асбестом никогда не изучалась. Для полимерных композитов исследованиерелаксации напряжения в широком интервале температур и деформаций позволяет определитьреальные сроки эксплуатации изделий.

Также определены цель и задачи исследования, показаны научная новизна, теоретическая и практическая значимость, представлены структура и объем диссертации. В работе проведен анализ литературных данных, относящихся к теме исследования, и дана их критическая интерпретация.Объекты исследования:1. Использовался полиэтилен низкого давления марки ПЭНД 273-83, полученный газофазным методом в соответствии с ТУ 2243-104-00203335-97.

Производитель — ООО Ставролен(ОАО Ставропольполимер и ЗАО ЛУКОЙЛ-НЕФТЕХИМ). В качестве наполнителя для ПЭНДиспользовались углеродные нанотрубки двух видов: УНТ1 и УНТ2, которые характеризуютсяразличной величиной удельной поверхности (1308 м2/г для УНТ1 и 277 м2/г УНТ2). В качественаполнителя также использовались углеродные нановолокна диаметром 10-30 нм с удельнойповерхностью 24 м2/г и сажевый концентрат на основе ПЭВД марки П 1901/05 ПЭ, изготовленный фирмой "Баско" по ТУ 2243-001-23124265-2000.

Для улучшения адгезии между полимером7и наполнителем, а также для достижения более равномерного распределения наночастиц в объеме полиэтиленовой матрицы в ряде образцов использовали Лапроксид 301Г в качестве модифицирующей добавки.2. Использовались смеси полимеров следующего состава:1) Вторичный АБС-пластик. Проведенный в работе микроанализ показал, что он содержит17.5, 34.8 и 47.1 вес. % соответственно.2) Суспензионный поливинилхлорид производства фирмы LG Chem Ltd со степенью полимеризации 700±50, плотностью 1.4 г/см3 и размерами частиц 99,8 мкм.3) Тройной этилен-пропилен-диеновый эластомер (СКЭПТ) фирмы «Polimeri Eouropa» (Италия) Dutral TER 4044 (СКЭПТ 4044).4) Вторичный полипропилен с температурой плавления 170оС и степенью кристалличности40±2%.3. Использовались древесно-полимерные композиты (ДПК), производимые отечественнойкомпанией Savewood.

В качестве матричного полимера использовался поливинилхлорид(ПВХ).Описаны методы исследования: термомеханические испытания, испытания на сжатие и релаксацию напряжения, аппроксимация кривых релаксации напряжения, определение истираемости.Описаны способы получения композиций на основе полиэтилена, а также на основе вторичного АБС-пластика.В итоге получены следующие результаты и проведено их обсуждение.1. Предельные механические свойстваКривые сжатия наномодифицированных композитов на основе ПЭ измеряли при температуре20оС и по ним определяли модули упругости E и пределы вынужденной эластичности σу. Дляисходного ПЭ E = 310 МПа, а σу = 20 МПа.

Наибольший модуль упругости E = 685 МПа характерен для образца ПЭ, наполненного нанотрубками УНТ1 при содержании 0,1%. Наибольшаявеличина σу = 30 МПа наблюдается при содержании УНТ1, равным 0,2%. Введение нанотрубокУНТ2, а также Лапроксида и сажи тоже повышает модуль упругости, но в несколько меньшейстепени (до 480-600 МПа).Рисунок 1 демонстрирует зависимости модуля упругости от концентрации различных нанотрубок. Все зависимости имеют экстремумы (максимумы); для всех исследованных нанодобавок наибольшая величина E достигается при концентрации наполнителя 0,1 мас.%.

Как8показали исследования, это объясняется тем, что при этой концентрации наночастицы не агломерируются и служат зародышами структурообразования. Прибольшей концентрации наблюдается частичная агломерация наночастиц, и эффективность струкРисунок 1 – Зависимость модуля упругости наномодифицированных композитов от концентрации наполнителятурообразования снижается.2. Релаксационные свойства наномодифицированных композитовРелаксацию напряжения изучали при различных температурах (диапазон от 23 и до 85°С),при постоянной деформации (3%) в условиях одноосного сжатия.

Также изучалась зависимостьрелаксационных свойств наномодифицированных композитов от концентрации наполнителяУНТ1 и от концентрации Лапроксида. Влияние вида наполнителя изучалось при одинаковойконцентрации 0,1 мас.%, обеспечивающей самый высокий модуль упругости.

Аппроксимациякривых релаксации напряжения проводилась с помощью уравнения Больцмана с использованием ядер релаксации Т1(τ) и Т2(τ), предложенных в ИНЭОС РАН. Эти ядра отличаются от ранеесуществующих тем, что основаны на изменении термодинамических параметров в ходе процесса релаксации. Общее ядро релаксации имеет видT    S0 11 kB m   ln   1    ln 1    ln 0,5 (1)где m  m  T  d , m* – количество реагирующих частиц и частиц в виде продуктов реакции0в единице объема, T*(τ) – переменная часть ядра, S0 – начальная энтропия образца, kB – константа Больцмана, α –степень превращения в реакции взаимодействия релаксаторов.Для ядра Т1(τ) величина α определяется соотношениемC1C0 1  k *  ,(2)n 1где С и С0 – текущая и начальная концентрация релаксаторов соответственно, k  kC0 , k –константа скорости взаимодействия релаксаторов,  1; n – порядок реакции релаксаторов.n 1Для ядра Т2(τ) величина α определяется соотношением(1 - ) = ab/2,90 < b < 1; а – константа.(3)В работе было получено, что для всех исследованных наномодифицированных композитовкоэффициенты корреляции при использовании ядра Т1(τ) в уравнении Больцмана всегда выше,чем при использовании ядра Т2(τ).

В первом случае они находятся в интервале от 0,987 до 0,992,а во втором – в интервале от 0,948 до 0,965. Подобная разница в коэффициентах корреляциисвидетельствует о том, что лимитирующей стадией процесса релаксациинапряжения для исследованных материалов является скорость взаимодействия релаксаторов, а не скоростьдиффузии кинетических единиц.На рисунке 2 показаны кривые релаксации напряжения исходного ПЭ иПЭ,армированногонанотрубкамиУНТ1.