Фрактальная модель переноса механического напряжения в нанокомпозитах полиуретан/углеродные нанотрубки

Получена: 21 июня 2017; Исправлена: 30 октября 2017; Принята: 31 октября 2017
Цитирование: Г.В. Козлов, И.В. Долбин. Фрактальная модель переноса механического напряжения в нанокомпозитах полиуретан/углеродные нанотрубки. Письма о материалах. 2018. Т.8. №1. С.77-80
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2018-1-77-80

Аннотация

Перенос приложенного механического напряжения от полимерной матрицы к нанонаполнителю и, следовательно, свойства нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки определяются структурой агрегатов (кольцеобразных формирований) нанонаполнителя, трактуемой в рамках фрактального анализа.В настоящем сообщении рассматривается влияние структуры нанонаполнителя (углеродных нанотрубок) на перенос приложенного к образцу механического напряжения от полимерной матрицы к нанонаполнителю на примере нанокомпозитов полиуре-тан/углеродные нанотрубки. Постулируется, что углеродные нанотрубки образуют в по-лимерной матрице нанокомпозита кольцеобразные формирования, которые являются структурным аналогом макромолекулярных клубков разветвленных полимерных цепей и специфическим типом агрегации для углеродных нанотрубок силу их низкой поперечной жесткости и высокой степени анизотропии. Наиболее точно и физически строго структуру указанных формирований можно охарактеризовать ее фрактальной размерностью. Обна-ружено, что перенос механического напряжения в нанокомпозите ухудшается по мере увеличения указанной фрактальной размерности и при достижении этой размерностью величины параметра для окружающего евклидова пространства Нанонаполнитель теряет способность усиливать матричный полимер из-за отсутствия переноса механического на-пряжения между его компонентами. Структурной характеристикой, определяющей эф-фективность переноса приложенного механического напряжения, является толщина меж-фазного слоя в полимерном нанокомпозите. Использование альтернативной методики определения радиуса кольцеобразных формирований углеродных нанотрубок показало увеличение их числа в одном указанном формировании по мере повышения содержания нанонаполнителя. Этот эффект также приводит к повышению фрактальной размерности кольцеобразных формирований угле-родных нанотрубок. Аналогично «протекаемым» макромолекулярным клубкам полимер-ных цепей этот тип агрегации углеродных нанотрубок реализуется при фрактальной раз-мерности их формирований 1,50 и более. Применение указанной аналогии позволяет оце-нить параметр взаимодействия Флори-Хаггинса для указанных нанотрубок, который ока-зался существенно выше по сравнению с полимерными макромолекулами.

Ссылки (13)

1. B. Fiedler, F. H. Goijny, M. H. G. Wichman, M. C. M. Nolte. Composites Sci. Tech. 66, 3115 (2006). Crossref
2. A. K. Mikitaev, G. V. Kozlov. Fizika i khimiya obrabotki materialov. 4, 65 (2015). (in Russian) [А. К. Микитаев, Г. В. Козлов. Физика и химия обработки материалов. 4, 65 (2015)].
3. D. W. Schaefer, R. S. Justice. Macromolecules. 40, 8501 (2007). Crossref
4. A. K. Mikitaev, G. V. Kozlov. Doklady Physics. 60, 203 (2015), DOI: 101134/5102833581505002X.
5. H. Koerner, W. Liu, M. Alexander, P. Mirau, H. Dowty, R. A. Vaia. Polymer. 46, 4405 (2005), , 02.025. Crossref
6. B. Pukanszky. Composites. 21, 255 (1990). Crossref
7. D. W. Schaefer, J. Zhao, H. Dowty, M. Alexander, E. B. Orler. Soft Mater. 4, 2071 (2008). Crossref
8. Yu. G. Yanovsky, G. V. Kozlov, Z. M. Zhirikova, V. Z. Aloev, Yu. N. Karnet. Nannomechanics Sci. Techn.: Intern. J. 3 (2), 99 (2012). Crossref
9. V. V. Zuev, Yu. G. Ivanova. Polymer Science. Series A. 53, 424 (2011). Crossref
10. J. N. Coleman, M. Cadek, K. P. Ryan, J. B. Nagy, W. J. Blau, M. S. Ferreira. Polymer. 47, 8556 (2006). Crossref
11. B. Bridge. J. Mater. Sci. Lett. 8, 102 (1989). Crossref
12. G. V. Kozlov, I. V. Dolbin, G. E. Zaikov. The Fractal Physical Chemistry of Polymer Solutions and Melts. Toronto, New Jersey, Apple Academic Press. (2014) 316 p.
13. V. P. Budtov. Physical Chemistry of Polymer Solutions. St. Peterburg, Khimiya (1992) 384 p. (in Russian) [В. П. Будтов. Физическая химия поли.

Цитирования (1)

1.
G. V. Kozlov, I. V. Dolbin. Phys. Solid State. 62(8), 1394 (2020). Crossref

Другие статьи на эту тему