Изучение влияния монтморилонита на адгезию эпоксидного связующего к стекловолокну

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют, что введение а-токоферола в условиях проведенных испытаний при высокой нагрузке (50 Н), приводит к улучшению антифрикционных свойств, в частности, к понижению коэффициента трения. Это происходит как в случае исходного СВМПЭ, так и в случае СВМПЭ (ск. ССЬ). Наиболее значимые результаты понижения коэффициента трения и его стабильности в течение всего периода испытаний получены при минимальных количествах (0,05%-0,1%) модификатора а-токоферола.

Библиографические ссылки

1. Ingham Е. The role of macrophages in osteolysis of total joint replacement/Ingham E., Fisher J.//Biomaterials, 2005. 26. P. 1271.

2. Miratoglu O.K. Unified wear model for highly crosslinked ultra-high molecular weight polyethylenes/ Miratoglu O.K., Bragdon C.R., O’Connor D.O., Jasty М., Harris W.H., Gul R.// Biomaterials, 1999. 20. P. 1463.

3. Carlsson D. On the structures and yields of the first peroxyl radicals in y-irradiated polyolefms/ Carlsson D., Chmela S., Lacoste J.//Macromolecules, 1990. 23. P. 4934.

4. Collier J.P. Impact of gamma sterilization on clinical performance of polyethylene in the knee/ Collier J.P., Sperling D.K., Currier J.H., Sutula L.C., Saum K.A., Mayor M B.//J. Arthroplasty, 1996. 11. P. 377.

5. Premnath V. Gamma sterilization of UHMWPE articular implants: An analysis of the oxidation problem/ Premnath V., Harris W. H., Jasty М., Merrill E. W.//Biomaterials, 1996. 17. P. 1741.

6. Oral E. Characterization of blends of alpha-tocopherol and UHMWPE/ Oral E., Greenbaum E.S., Malhi A.S., Harris W.H., Muratoglu O.K.// Biomaterials, 2005. 26. P. 6657.

7. Oral E. Migration stability of alpha-tocopherol in irradiated UHMWPE/ Oral E., Wannomae K.K., Rowell S.L., Muratoglu O.K.// Biomaterials, 2006. 27. P. 2434.

8. Reno' F. UHMWPE and vitamin E bioactivity: an emerging per- spective/ Reno' F., Cannas M.//Biomaterials, 2006. 27. P. 3039.

УДК 548.75

О.В.Ахматова, С.В.Зюкин, И.Ю.Горбунова, М.Л.Кербер

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ МОНТМОРИЛОНИТА НА АДГЕЗИЮ ЭПОКСИДНОГО СВЯЗУЮЩЕГО К СТЕКЛОВОЛОКНУ

Clay influence on epoxyamine binder adhesion was studied

Исследовали влияние монтмориллонита на адгезию эпоксиаминного связующего

В настоящее время широкое распространение получил метод модификации полимеров наполнителями с наноразмерными частицами. Композиционные материалы, включающие в свой состав наночастицы, зачастую демонстрируют интересные физико-механические свойства уже при малом содержании наполнителя (до 5% масс.), что выгодно отличает материалы этого типа от «традиционных» композиционных материалов. Несмотря на малое содержание наполнителя, у таких материалов наблюдается улучшение термостабильности, повышение прочности, упругости, улучшение ряда других свойств.

Адгезия играет важную роль в формировании комплекса свойств гетерогенных систем, в том числе полимерных композиционных материалов и клеевых систем. Для целенаправленного регулирования свойств адгезионных систем необходимо знать закономерности адгезионного взаимодействия [1].

Обычно адгезионная прочность - работа адгезии, определяемая из данных по механическому разрушению соединения, значительно уступает работе адгезии, определяемой с помощью уравнений термодинамики или по энергии взаимодействия поверхностей слоев адгезива и субстрата. Одной из причин такого несоответствия является то, что образованию адгезионного соединения сопутствует большое число факторов, которые при нагружении соединения способствуют его преждевременному разрушению. Среди этих факторов необходимо отметить образование между адгезивом и субстратом различного типа “слабых слоев” и внутренних напряжений. Также адгезионная прочность будет существенно зависеть от условий формирования соединений, механических свойств компонентов, формы и размеров образцов, условий приложения механической нагрузки и других факторов [2].

В настоящей работе мерой адгезии служила сдвиговая адгезионная прочность (т), определяемая при выдергивании волокна из слоя отвержденного полимера (метод pull-out). В качестве субстрата использовалась стальная проволока марки ОВС диаметром d = 150 мкм. Адгезионные соединения формируются в воздушной атмосфере без применения давления при 180°С в течение 8 часов.

В качестве объектов исследования в настоящей работе использовали материалы на основе эпоксидного олигомера ЭД-20, отвердителя - 4,4-диаминодифенилсульфона и нанонаполнителя - монтмориллонита.

Способ смешения глины и связующего может играть определяющую роль при получении нанокомпозитных материалов. Поэтому было исследовано влияние способа введения наполнителя глины ЗОВ на адгезию связующего. Результаты представлены на рис 1. Как видно из графика, лучшие характеристики проявляет композиция, приготовленная при помощи высокоскоростного смесителя. Ультразвуковое воздействие в данном случае не привело к улучшению показателей материала, поэтому композиции для дальнейших исследований готовились при помощи высокоскоростной мешалки. Результаты, полученные при изучении адгезии глинонаполненных эпоксидов к стальной проволоке, представлены на рис. 1-4. Из графиков ясно, что при введении в смолу небольших (С < 2% (мае.)) количеств ММТ кривые F-S и i-S лежат выше, чем соответствующие кривые для соединений

с не наполненной смолой, т.е. присутствие ММТ улучшает прочность сцепления адгезива с подложкой.

Рис. 1. Зависимость адгезионной прочности т от площади соединения 8, при различном способе введения наполнителя для системы ЭД-20/30%ДАДФС/ 0,5%С1(нхке ЗОВ

Видно также, что для всех систем зависимости Б-Б и т-Б нелинейны. Как известно [3,4], такой вид кривых типичен.

8, мм2

Рис.2. Зависимость нагрузки Р, необходимой для выдергивания волокна из слоя отвержденного адгезива от площади соединения 8: 1- ЭД-20/30%ДАДФС; 2- ЭД-20/30%ДАДФС/ 0,5%СШ8ке ЗОВ; 3- ЭД-20/30%ДАДФС/ 1%СМ8Йе ЗОВ; 4- ЭД-20/30%ДАДФС/ 2%СМ8ке ЗОВ; 5- ЭД-20/30%ДАДФС/3%С1(нхке ЗОВ; 6- ЭД-20/30%ДАДФС/ 5%СМ8ке ЗОВ; 7- ЭД-20/30%ДАДФС/ 10%СМ8Йе ЗОВ

Он связан с нелинейным распределением сдвиговых касательных напряжений на границе раздела. При этом основная причина нелинейности -

присутствие на межфазной границе термических остаточных напряжений, возникающих в склейках (в соединениях) при отверждении и последующем охлаждении от температуры отверждения (формирования) до комнатной (до температуры испытания).

8, мм”

Рис. 3. Зависимость адгезионной прочности т от площади соединения 8: 1- ЭД-20/30%ДАДФС; 2- ЭД-20/30%ДАДФС/ 0,5%С1(шкс ЗОВ; 3- ЭД-20/30%ДАДФС/ 1%СМ8ке ЗОВ; 4- ЭД-20/30%ДАДФС/2%СМ«ке ЗОВ; 5- ЭД-20/30%ДАДФС/3%СМ«ке ЗОВ; 6- ЭД-20/30%ДАДФС/ 5%СЫзйе ЗОВ; 7- ЭД-20/30%ДАДФС/ 10%СМ«ке ЗОВ.

Данные, приведённые на рис. 4., показывают, что зависимость адгезионной прочности от количества введённой в связующее ММТ, описывается кривой с максимумом. Максимум наблюдается при добавлении в смолу 2% (мае.) ММТ.

После достижения максимума значения т у систем, наполненных Скпвке ЗОВ резко падают: значения т уже при 2,5% (мае.) наполнителя оказываются ниже, чем межфазная прочность в соединениях немодифициро-ванная смола - подложка. С чем связано падение кривых т - С после достижения максимума при модифицировании композиции монтмориллонитом пока не ясно. Не исключено, что это связано с несовершенством перемешивания связующего при введении наполнителей. Во всяком случае, наблюдаемое различие требует дальнейшего исследования.

На рис.4 представлена зависимость адгезионной прочности от кон-

*-* 2

центрации глины ЗОВ при площади склейки 0,4 - 0,5 мм . Как видно из графика, адгезионная прочность при содержании глины 2% возрастает примерно на 80%. В то же время в среднем при других площадях контакта это увеличение составляет порядка 20-30%.

При введении в эпоксидную смолу минеральных наполнителей максимальное увеличение адгезионной прочности, как следует из литературных данных, обычно составляет 20...30% (относительно значений т в соединениях с немодифицированной смолой). Таким образом, данные, полученные в

настоящем исследовании, говорят о существовании синергизма адгезионной прочности в соединениях волокно - дисперсно-наполненная эпоксидная смола.

Возможные причины максимума на подобных концентрационных зависимостях адгезионной прочности подробно обсуждались в [3]. Было показано, что присутствие в смоле (в адгезиве) диспергированных частиц с механическими свойствами, отличными от свойств полимера (смолы) может вести к изменению процесса разрушения адгезионного соединения, т.е. к изменению процесса роста и распространения трещин. Встречая на своём пути препятствие (частицу), трещина может затормозиться, остановиться, изменить путь, огибая это препятствие, разветвиться и т.п. Всё это замедляет процесс разрушения и, в конечном счёте, ведёт к росту т.

с, масс.

Рис.4. Зависимость адгезионной прочности т от количества введенного ММТ, при площади соединения 0,4 - 0,5 мм2 для системы ЭД-20/30%ДАДФС/ 0,5%С1(нхке ЗОВ.

Однако, по мере увеличения в связующем количества частиц наполнителя, адгезия которого к подложке равна нулю (а именно такова адгезия всех минеральных порошков к твёрдым подложкам (твёрдым телам), увеличивается вероятность повреждения границы раздела, образования на границе и в приповерхностных слоях дефектов, способствующих разрушению. Наложение описанных процессов и ведёт к появлению максимума на концентрационной зависимости адгезионной прочности. Ранее существование подобных максимумов на концентрационных зависимостях адгезионной прочности было показано для порошков с микронным и субмикронным размером частиц. Результаты данной работы распространяют этот вывод и на порошки с наноразмерными частицами.

Таким образом, ещё раз подтверждается вывод о том, что, хотя механизмы, ведущие к синергизму адгезионной прочности требуют дальнейшего исследования, уже сейчас можно утверждать, что наполнение смол мелкодисперсными минеральными порошками нано- и микроразмеров самой раз-

личной формы - общий способ регулирования прочности границы раздела, позволяющий и увеличивать, и уменьшать значения т. Распространённость явления синергизма указывает на существование общей, фундаментальной причины, лежащей в его основе и пока ещё не установленной.

Библиографические ссылки

1. Good R. J. Theory of adhesive forces across interfaces/ Good R. J., Chauldhary M.K., Van Oss C.J. // Fundamental of adhesion/ Ed. by L-H. Lee; New York: Plenum Press, 1991. P. 153-172.

2. Дучк В. Адгезия и адгезионная прочность в полимерных волокнистых композитах/ Дучк В., Писанова Е., Жандаров С., Лауке Б. //Механика композитных материалов, 1998. Т.34. №4. С. 431-446.

3. Горбаткина Ю.А. Адгезионная прочность в системах волокно - полимер/ Ю.А. Горбаткина. М.: Химия, 1987. 192с.

4. Gorbatkina Yu.A. Adhesive strength of fibre-polymer systems/ Gorbatkina Yu. A. New York - London: Ellis Horwood, 1992. 264p.

УДК 541.64:547.39

И.В. Терехов, Н.В. Тимошенко, В.В. Киреев, С.Н. Филатов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ПОЛУЧЕНИЕ СОПОЛИМЕРА АКРИЛОИИТРИЛА И АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ В УСЛОВИЯХ ЖИВОЙ РАДИКАЛЬНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ

Acrylonitrile/methacrylic acid copolymers was prepared by methods of living radical polymerization with reversible addition-fragmentation chain transfer. Copolymer’s composition dependences on initiator’s quantity and conversion were obtained for living radical copolymeriza-

Синтезированы сополимеры акрилонитрила и акриловой кислоты методом живой радикальной полимеризации в условиях обратимой передачи цепи по механизму присоеди-нения-фрагментации. Получены зависимости свойств сополимеров от количества агента передачи цепи и от конверсии при проведении живой радикальной полимеризации.

На сегодняшний день в различных отраслях все большее применение находят вспененные сополимеры на основе акрилонитрила и различных акриловых кислот. Одной из причин этого является то, что вспененные материалы, полученные из данного сополимера, обладают рядом полезных свойств, таких как высокая термостойкость, хорошие механические свойства при высоких температурах, легкость и хорошие прочностные характеристики. При термообработке и вспенивании в сополимере акрилонитрила с акриловыми кислотами происходит ряд полимераналогичных превращений, бла-