RU2486213C1 - Method of enhancing mechanical properties of polymer nanocomposite material based on anisodiametrical filler - Google Patents
Method of enhancing mechanical properties of polymer nanocomposite material based on anisodiametrical filler Download PDFInfo
- Publication number
- RU2486213C1 RU2486213C1 RU2011152304/05A RU2011152304A RU2486213C1 RU 2486213 C1 RU2486213 C1 RU 2486213C1 RU 2011152304/05 A RU2011152304/05 A RU 2011152304/05A RU 2011152304 A RU2011152304 A RU 2011152304A RU 2486213 C1 RU2486213 C1 RU 2486213C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- extrudate
- filler
- axis
- anisodiametrical
- thickness
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения изделий из полимерных нанокомпозиционных материалов с анизодиаметрическими наноразмерными наполнителями. Результатом изобретения является создание изделий из нанокомпозиционного материала различной толщины с высокими механическими свойствами (см. табл.1, 2).The invention relates to the field of obtaining products from polymeric nanocomposite materials with anisodiametric nanoscale fillers. The result of the invention is the creation of products from nanocomposite material of various thicknesses with high mechanical properties (see table 1, 2).
Состав: композиты из ПЭВД в количестве от 80-99%, слоистого нанонаполнителя в количестве 0,1-15%, технологических добавок (пластификаторов, антиоксидантов, пластификаторов) 0-4%, полученные прямым смешением в расплаве при температурах 170-220°С с последующей экструзией и прессованием пленок, толщиной от 0,18 мм до 4 мм, с предварительной ориентацией экструдата.Composition: composites from LDPE in an amount of 80-99%, a layered nanofiller in an amount of 0.1-15%, technological additives (plasticizers, antioxidants, plasticizers) 0-4%, obtained by direct mixing in a melt at temperatures of 170-220 ° C followed by extrusion and pressing of films, from 0.18 mm to 4 mm thick, with preliminary orientation of the extrudate.
Известен метод получения эксфолиированных нанокомпозитов полимер/глина посредством твердофазного сдвигового измельчения (патент US №7223359). По этому методу эксфолиированные нанокомпозиты заданного состава (с низкими степенями наполнения) получают в две стадии. На первой наполнитель, предварительно модифицированный поверхностно-активным веществом - ПАВ (для улучшения совместимости с полимером), смешивают с расплавом полимера. Далее охлажденную ниже температуры плавления матрицы композицию перерабатывают в двухшнековом экструдере, в процессе чего в результате приложения больших сдвиговых напряжений происходит разделение слоистого силиката (глины) на отдельные пластины.A known method for producing exfoliated polymer / clay nanocomposites by solid-phase shear grinding (US patent No. 7223359). According to this method, exfoliated nanocomposites of a given composition (with low degrees of filling) are obtained in two stages. In the first, a filler pre-modified with a surfactant - surfactant (to improve compatibility with the polymer), is mixed with the polymer melt. Then, the composition cooled below the melting temperature of the matrix is processed in a twin-screw extruder, during which, as a result of the application of large shear stresses, the layered silicate (clay) is separated into separate plates.
Известен способ получения эксфолиированного нанокомпозита полимер/глина (патент ЕР №105570). По этому способу нанонаполнитель - глину, модифицированную ПАВ - четвертичной аммониевой солью, смешивают с карбоновой кислотой или сульфокислотой, а затем в экструдере с расплавленным полимером при сдвиговом измельчении. При этом количество модифицированной глины составляет 1-40% масс. от полимера.A known method for producing exfoliated polymer / clay nanocomposite (patent EP No. 1055570). In this method, the nanofiller — clay modified with a surfactant — a quaternary ammonium salt — is mixed with a carboxylic acid or sulfonic acid, and then in an extruder with a molten polymer under shear grinding. The amount of modified clay is 1-40% of the mass. from polymer.
Недостатком всех известных способов является низкая разрывная прочность пленок, полученных из указанных составов.The disadvantage of all known methods is the low tensile strength of the films obtained from these compositions.
Техническим результатом изобретения является получение композитов с разрывной прочностью, повышенной по сравнению с композитами того же состава и режима переработки, но не прошедшими данную стадию.The technical result of the invention is to obtain composites with tensile strength, increased compared with composites of the same composition and processing mode, but not passed this stage.
Технический результат достигается тем, что способ повышения механических свойств полимерного нанокомпозиционного материала на основе анизодиаметрического наполнителя, включает экструзию и последующее прессование полученного экструдата для изготовления пленки, причем после экструзии проводят рентгеноструктурный анализ РСА экструдата для определения в нем ориентации частиц анизодиаметрического наполнителя относительно оси экструдата, перед прессованием располагают экструдат в пресс-форме таким образом, чтобы ось основного направления ориентации хлопьевидных частиц анизодиаметрического наполнителя совпадала с продольной осью пресс-формы и, соответственно, получаемой пленки.The technical result is achieved in that a method of increasing the mechanical properties of a polymer nanocomposite material based on an anisodiametric filler involves extruding and subsequently pressing the obtained extrudate to make a film, and after extrusion an X-ray diffraction analysis of the PCA of the extrudate is carried out to determine the orientation of the anisodiametric filler particles relative to the axis of the extrudate therein, before the extrudate is pressed into the mold so that the main axis The orientation of the flocculent particles of the anisodiametric filler coincided with the longitudinal axis of the mold and, accordingly, of the resulting film.
В частном случае реализации пленку из нанокомпозиционного материала прессуют толщиной не более 0,7 мм.In the particular case of the implementation of the film of nanocomposite material is pressed with a thickness of not more than 0.7 mm
В другом частном случае реализации проводят дополнительное прессование стопки пленок толщиной не более 0,7 мм каждая до получения изделия общей толщиной не более 0,7 мм.In another particular case of implementation, additional pressing of a stack of films with a thickness of not more than 0.7 mm each is carried out until an article with a total thickness of not more than 0.7 mm is obtained.
Возможен также вариант, когда для получения толстых пленок все пленки толщиной не более 0,7 мм укладываются в стопку хаотично относительно продольной оси пресс-формы.It is also possible that, to obtain thick films, all films with a thickness of not more than 0.7 mm are stacked randomly relative to the longitudinal axis of the mold.
В качестве наноразмерного анизодиаметрического наполнителя используют слоистый силикат, модифицированный алифатическими четвертичными аммониевыми солями - диметилдиоктадециламмонийбромидом или цетилтриметиламмонийбромидом.A layered silicate modified with aliphatic quaternary ammonium salts dimethyldioctadecylammonium bromide or cetyltrimethylammonium bromide is used as a nanosized anisodiametric filler.
Сущность способа заключается в следующем. При проведении механических испытаний обычно предполагают, что для полимеров применим принцип подобия. Поскольку основные механические характеристики - напряжение и удлинение - являются относительными величинами (отнесенными, соответственно, на исходные сечение и длину), они должны быть примерно одинаковы у образцов одного состава, имеющих разные геометрические размеры. Между тем, если обратиться к практике, то становится понятно, что принцип подобия часто не выполняется. Связь между размерами полимерных образцов и их прочностью (масштабный фактор) была изучена в работах Г.М.Бартенева, основные результаты которых суммированы в монографии [Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химия, 1984]. Было установлено, что с увеличением толщины исследованных полимеров кривая распределения прочности смещается в область меньших значений, что обусловлено статистической природой прочности (с увеличением размеров полимерного образца вероятность содержания опасных дефектов увеличивается).The essence of the method is as follows. When conducting mechanical tests, it is usually assumed that the principle of similarity is applicable to polymers. Since the main mechanical characteristics - stress and elongation - are relative values (assigned, respectively, to the initial cross section and length), they should be approximately the same for samples of the same composition having different geometric dimensions. Meanwhile, if we turn to practice, it becomes clear that the principle of similarity is often not fulfilled. The relationship between the size of polymer samples and their strength (scale factor) was studied in the works of G. M. Bartenev, the main results of which are summarized in the monograph [G. Bartenev Strength and fracture mechanism of polymers. M .: Chemistry, 1984]. It was found that with an increase in the thickness of the studied polymers, the strength distribution curve shifts to a region of lower values, which is due to the statistical nature of the strength (with an increase in the size of the polymer sample, the probability of containing dangerous defects increases).
Исследования были выполнены на чистых полимерах. Отмечается, что в основе зависимости механических характеристик от размеров образцов может лежать не только наличие дефектов, однако и структурные отличия, но детально этот вопрос не исследовался.Studies were performed on pure polymers. It is noted that the dependence of mechanical characteristics on the size of the samples can be based not only on the presence of defects, but also structural differences, but this issue has not been studied in detail.
Особенно важное значение этот фактор имеет для наполненных систем с наноразмерными наполнителями, так как механическая анизотропия в массивных образцах обусловлена различной ориентацией анизодиаметрических наночастиц в полимерной матрице, хотя влияние дефектов (в качестве которых могут выступать и частицы наполнителя) также остается сильным. С помощью метода РСА показано, что анизодиаметрические наночастицы слоистых силикатов по-разному текстурируются при прессовании изделий различного размера. Это обусловлено разной интенсивностью течения расплава полимера при прессовании изделий различного размера. В результате организации течения полимерного нанокомпозита можно провести планарное текстурирование наночастиц наполнителя, следствием чего является значительное повышение механических свойств изделия.This factor is especially important for filled systems with nanoscale fillers, since mechanical anisotropy in bulk samples is caused by different orientations of anisodiametric nanoparticles in the polymer matrix, although the influence of defects (which can also be filler particles) also remains strong. Using the X-ray diffraction method, it was shown that anisodiametric nanoparticles of layered silicates are textured differently when pressing products of various sizes. This is due to the different intensity of the polymer melt flow during the pressing of articles of various sizes. As a result of the organization of the flow of the polymer nanocomposite, planar texturing of the filler nanoparticles can be carried out, which results in a significant increase in the mechanical properties of the product.
Полученные результаты касаются следующего:The results obtained relate to the following:
1. Полученные композиты обладают повышенным в 2 раза модулем упругости по сравнению с чистым ПЭ, подвергшимся той же переработке.1. The resulting composites have a 2-fold increased elastic modulus compared to pure PE, which underwent the same processing.
2. Применение ориентации перед прессованием позволяет получить изделия с разрывной прочностью, повышенной на 40-120%, деформацией на 570% по сравнению с композитами того же состава и режима переработки, но не прошедшими данную стадию.2. The use of orientation before pressing allows you to get products with tensile strength increased by 40-120%, deformation by 570% compared with composites of the same composition and processing mode, but did not pass this stage.
3. Применение описанного способа позволяет улучшить распределение слоистого силиката в полученных пленках. В результате наполнитель в виде хлопьев располагается в плоскости получаемой пленки планарно.3. The application of the described method allows to improve the distribution of layered silicate in the obtained films. As a result, the filler in the form of flakes is located in the plane of the resulting film planarly.
4. Применение тонкопленочной методики позволяет получить пленки с различной ориентацией по поверхности и в глубинных слоях, позволяя получать структуры, подобные ламинированным, без усложнения технологического процесса.4. The use of thin-film methods allows to obtain films with different orientations along the surface and in the deeper layers, allowing to obtain structures similar to laminated, without complicating the process.
Авторами изобретения установлено, что при расположении основного направления хлопьев наполнителя под углом к продольной оси пленки механические свойства полимерного нанокомпозиционного материала резко ухудшаются.The inventors found that when the main direction of the flakes of the filler is located at an angle to the longitudinal axis of the film, the mechanical properties of the polymer nanocomposite material deteriorate sharply.
Наиболее важным новым приемом в заявленном способе является то, что ориентацию хлопьевидного наполнителя определяют методом РСА, т.е. не подбирают на стадии получения композитов, а ориентируют потом в процессе формования.The most important new technique in the claimed method is that the orientation of the flocculent filler is determined by X-ray diffraction, i.e. they are not selected at the stage of producing composites, but later they are oriented during molding.
ПРИМЕР 1EXAMPLE 1
Механические свойства образцов различной толщины, изготовленных прессованием экструдатов, при различных направлениях вырубки «лопатки» из диска относительно оси экструдата. Состав нанокомпозита ПЭ 107-2К - 85% масс., Cloisite 20A - 15% масс. (Cloisite 20А - монтмориллонит хлопьеобразный нанонаполнитель обработанные ПАВ (модифицированный)).The mechanical properties of samples of various thicknesses made by extruding extrudates for different directions of cutting the “blades” from the disk relative to the axis of the extrudate. The composition of the nanocomposite PE 107-2K is 85% by mass., Cloisite 20A is 15% by mass. (Cloisite 20A - Montmorillonite flocculent nanofiller treated with surfactants (modified)).
Механические характеристики пленки толщиной 0,7 мм при всех направлениях вырубки образцов одинаковые. У образцов толщиной 2,0 мм механические характеристики пленки при направлении вырубки вдоль оси экструдата значительно выше, чем в перпендикулярном направлении.The mechanical characteristics of a film 0.7 mm thick are the same for all directions of cutting samples. For samples 2.0 mm thick, the mechanical characteristics of the film with the direction of cutting along the axis of the extrudate are significantly higher than in the perpendicular direction.
ПРИМЕР 2EXAMPLE 2
Механические свойства образцов, полученных из нанокомпозита состава ПЭ 107-2К - 85% масс., Cloisite 20A - 15% масс., толщиной от 2 мм, изготовленных различными способами.The mechanical properties of the samples obtained from the nanocomposite composition PE 107-2K - 85 wt.%, Cloisite 20A - 15 wt.%, With a thickness of 2 mm or more, made by various methods.
Если диаметр экструдата и толщина ограничительного кольца примерно равны, течение полимера незначительно, и в полученных пластинах в значительной степени сохраняется ориентация частиц наполнителя в исходных экструдатах (вдоль оси экструзии). Если толщина кольца гораздо меньше диаметра экструдата, при прессовании происходит интенсивное течение расплава полимера. При получении образца толщиной 2 мм прессованием стопки пленок толщиной 0,7 мм предел текучести, прочность и деформация выше при всех направления вырубки, чем у образцов, полученных из экструдатов.If the diameter of the extrudate and the thickness of the restrictive ring are approximately equal, the polymer flow is insignificant, and the orientation of the filler particles in the initial extrudates (along the extrusion axis) is largely preserved in the obtained plates. If the thickness of the ring is much smaller than the diameter of the extrudate, an intense polymer melt flow occurs during pressing. Upon receipt of a sample 2 mm thick by pressing a stack of films 0.7 mm thick, the yield strength, strength and deformation are higher for all cutting directions than for samples obtained from extrudates.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011152304/05A RU2486213C1 (en) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | Method of enhancing mechanical properties of polymer nanocomposite material based on anisodiametrical filler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011152304/05A RU2486213C1 (en) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | Method of enhancing mechanical properties of polymer nanocomposite material based on anisodiametrical filler |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2486213C1 true RU2486213C1 (en) | 2013-06-27 |
Family
ID=48702204
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011152304/05A RU2486213C1 (en) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | Method of enhancing mechanical properties of polymer nanocomposite material based on anisodiametrical filler |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2486213C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7223359B2 (en) * | 2002-11-05 | 2007-05-29 | Northwestern University | Method of producing an exfoliated polymer-clay nanocomposite through solid-state shear pulverization |
RU2326138C2 (en) * | 2003-04-28 | 2008-06-10 | Родиа Инджиниринг Плэстикс С.Р.Л. | Thermoplastic material containing nanometric layered compounds |
RU2350631C2 (en) * | 2003-01-15 | 2009-03-27 | Циба Спешиалти Кемикэлз Холдинг Инк. | Stabilisation of thermoplastic nanocomposites |
RU2404208C2 (en) * | 2003-03-03 | 2010-11-20 | Полимерс Острейлиа Пти. Лимитед | Dispersants in nanocomposites |
RU2433082C2 (en) * | 2009-09-28 | 2011-11-10 | Закрытое акционерное общество "Уралпластик-Н" | Method to produce polymer compositions based on micro- and nano-disperse ceramic powders |
-
2011
- 2011-12-22 RU RU2011152304/05A patent/RU2486213C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7223359B2 (en) * | 2002-11-05 | 2007-05-29 | Northwestern University | Method of producing an exfoliated polymer-clay nanocomposite through solid-state shear pulverization |
RU2350631C2 (en) * | 2003-01-15 | 2009-03-27 | Циба Спешиалти Кемикэлз Холдинг Инк. | Stabilisation of thermoplastic nanocomposites |
RU2404208C2 (en) * | 2003-03-03 | 2010-11-20 | Полимерс Острейлиа Пти. Лимитед | Dispersants in nanocomposites |
RU2326138C2 (en) * | 2003-04-28 | 2008-06-10 | Родиа Инджиниринг Плэстикс С.Р.Л. | Thermoplastic material containing nanometric layered compounds |
RU2433082C2 (en) * | 2009-09-28 | 2011-11-10 | Закрытое акционерное общество "Уралпластик-Н" | Method to produce polymer compositions based on micro- and nano-disperse ceramic powders |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Swain et al. | Effect of ultrasound on HDPE/clay nanocomposites: Rheology, structure and properties | |
Castillo et al. | Thermoplastic starch films reinforced with talc nanoparticles | |
Mehrabzadeh et al. | Melt processing of PA‐66/clay, HDPE/clay and HDPE/PA‐66/clay nanocomposites | |
US10538640B2 (en) | Polymer foam and method for preparing the same | |
US20100324196A1 (en) | Process for making strain-hardened polymer products | |
KR20170041727A (en) | Polymer resin composition and articles formed with the composition | |
JP2018095691A (en) | Thermal conductive sheet and heat dissipation device using the thermal conductive sheet | |
CN101792536A (en) | Preparation method of carrier-free talcum powder master batch | |
CN1582230A (en) | Non-oriented polypropylene film | |
RU2486213C1 (en) | Method of enhancing mechanical properties of polymer nanocomposite material based on anisodiametrical filler | |
RU2441835C2 (en) | Method of producing nanocomposite material based on nonpolar or low-polarity polymers and nanofiller | |
Santos et al. | The influence of screw configurations and feed mode on the dispersion of organoclay on PP | |
Dhajekar et al. | Preparation and characterization of PAEK based polymer nanocomposites in the presence of MMT clay as nanofiller to study tensile and impact properties | |
JP2011198875A (en) | Method of dividing semiconductor wafer | |
Li et al. | Preparation and Characterization of high‐strength poly (ether ether ketone) films | |
CN105820453B (en) | Transparent antistatic electronic carrier tape sheet material and preparation method | |
CN103254489A (en) | High-strength synthetic paper and preparation method thereof | |
CN105658706B (en) | Nylon membrane | |
CN113427732B (en) | Method for inducing formation of Shish-kebab precursor in polypropylene random copolymer by using waste IPP (interpenetrating polymer network) material | |
CN115160606A (en) | Composite material with high tensile strength and impact strength and preparation method thereof | |
EP2857194B1 (en) | Multiwall sheets | |
Szustakiewicz et al. | Polyamide 6/organomontmorillonite nanocomposites based on waste materials | |
Cherdyntseva et al. | Structure and properties of layered silicate nanocomposites based on polyamide-6 obtained by polymerization in situ and melt blending | |
Osman et al. | The effects of melt compounding method on the ambient and in vitro mechanical properties of EVA/MMT nanocomposites | |
Castel et al. | Solvent‐assisted extrusion of polypropylene/clay nanocomposites |