THE EFFECT OF NANO-CUO AND 2-MERCAPTOBENZTHIAZOLE ON THE MECHANICAL PROPERTIES AND STRUCTURE OF ULTRAHIGH WEIGHT MOLECULAR POLYETHYLENE

封面

如何引用文章

全文:

详细

Currently, the development of polymer composite materials based on ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) is one of the urgent tasks of polymer materials science. This is primarily due to its special mechanical and tribological properties, owing to which UHMWPE is actively being implemented in various industries such as machine building, coating and medicine. However, in order to expand the scope of application, it is necessary to eliminate the disadvantages in the form of low surface hardness and strength. The most effective and economically feasible way to reduce disadvantages is to modify the polymer by introducing various types of fillers. In this paper, the effect of complex fillers including nano-CuO and 2-mercaptobenzthiazole on the physico-mechanical properties and structure of ultrahigh molecular weight polyethylene is analyzed. It is shown that the introduction of complex fillers into UHMWPE increases the deformation and strength properties, the compressive stress increased by 23…35% and the Shore D hardness by 5…6 % compared to the initial polymer. The developed composite materials were characterized using X-ray diffraction analysis, differential scanning calorimetry and scanning electron microscopy. A connection between the decrease in the degree of crystallinity of UHMWPE-based composites with an increase in the content of complex fillers was found. The formation of spherulites in the supramolecular structure of composites has been shown by electron microscopy. Based on the conducted research, it is concluded that the improvement of the physical and mechanical properties of composites is triggered by complex effect of fillers due to the improvement of their co. The developed polymer composite materials can be used as protective coatings and linings in engineering and technological equipment.

作者简介

Andrey Vasilev

M. K. Ammosov North-Eastern Federal University

Email: gtvap@mail.ru
Institute of Natural Science, candidate of technical sciences 2022

Afanasiy Dyakonov

Email: afonya71185@mail.ru
Institute of Natural Science, candidate of technical sciences

Sakhayana Danilova

Email: dsn.sakhayana@mail.ru
Institute of Natural Science, candidate of technical sciences 2024

Igor Makarov

North-Eastern Federal University

Email: misergeevich@mail.ru
Institute of Natural Science

Anastasia Okoneshnikova

North-Eastern Federal University

Email: anasema2003@mail.ru
Institute of Natural Science

参考

  1. Patil N.A., Njuguna J., Kandasubramanian B. UHMWPE for biomedical applications: Performance and functionalization // European Polymer Journal. 2020. Vol. 125. P. 109529.
  2. Padhan M., Marathe U., Bijwe J. A comparative assessment of nano and microparticles of carbides for performance augmentation of UHMWPE in abrasive and erosive wear modes // Wear. 2023. Vol. 514. P. 204568.
  3. Amurin L.G., Felisberto M.D., Ferreira F.L., et al. Multifunctionality in ultra-high molecular weight polyethylene nanocomposites with reduced graphene oxide: Hardness, impact and tribological properties // Polymer. 2022. Vol. 240. P. 124475.
  4. Tian Y., Guo L. Adhesion performance of UHMWPE fiber treated with polyethylene wax grafted methyl methacrylate alone or in conjunction with silane coupling agent // Journal of Adhesion Science and Technology. 2021. Vol. 35. №. 11. P. 1219–1235.
  5. Zec J., Tomić N. Z., Zrilić M., Lević S., Marinković A., Heinemann R.J. Optimization of Al2O3 particle modification and UHMWPE fiber oxidation of EVA based hybrid composites: Compatibility, morphological and mechanical properties // Composites Part B: Engineering. 2018. Vol. 153. P. 36–48.
  6. Danilova S.N., Ivanov A.N., Spiridonov A.M., Abakunova E.V., Okhlopkova A.A. Polymer-silicate composites based on ultra-high molecular weight polyethylene and organo-modified montmorillonite // Materials Today Communications. 2023. Vol. 37. P. 107408.
  7. Shelly D., Lee S.Y., Park S.J. Compatibilization of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibers and their composites for superior mechanical performance: A concise review // Composites Part B: Engineering. 2024. P. 111294.
  8. Karger-Kocsis J., Mahmood H., Pegoretti A. Recent advances in fiber/matrix interphase engineering for polymer composites // Progress in Materials Science. 2015. Vol. 73. P. 1–43.
  9. Feng J., Venna S.R., Hopkinson D.P. Interactions at the interface of polymer matrix-filler particle composites // Polymer. 2016. Vol. 103. P. 189–195.
  10. Aparna A., Sethulekshmi A.S., Jayan J.S., Saritha A., Joseph K. Recent advances in boron nitride-based hybrid polymer nanocomposites // Macromolecular Materials and Engineering. 2021. Vol. 306. №. 11. P. 2100429.
  11. Praveenkumara J., Madhu P., Yashas Gowda T.G., Sanjay M.R., Siengchin S. A comprehensive review on the effect of synthetic filler materials on fiber-reinforced hybrid polymer composites // The Journal of the Textile Institute. 2022. Vol. 113. №. 7. P. 1231–1239.
  12. Cazan C., Enesca A., Andronic L. Synergic effect of TiO2 filler on the mechanical properties of polymer nanocomposites // Polymers. 2021. Vol. 13. №. 12. P. 2017.
  13. Cao Z., Shi G., Yan X., Wang Q. In situ fabrication of CuO/UHMWPE nanocomposites and their tribological performance // Journal of Applied Polymer Science. 2019. Vol. 136. №. 36. P. 47925.
  14. Jatti V.S., Singh T.P. Copper oxide nano-particles as friction-reduction and anti-wear additives in lubricating oil // Journal of Mechanical Science and Technology. 2015. Vol. 29. P. 793–798.
  15. Wang Z., Ma Y., Guo L., Tong J. Influence of polyphenyl ester and nanosized copper filler on the tribological properties of carbon fibre–reinforced ultra-high-molecular-weight polyethylene composites // Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2018. Vol. 31. №. 11. P. 1483–1496.
  16. Li W., Feng M., Liu X., Yang J. Improvement of Copper Oxides-coated Ultra-high Molecular Weight Polyethylene Fibers Reinforced Rigid Polyurethane Composites in Strength and Toughness // Fibers and Polymers. 2021. Vol. 22. P. 1883–1888.
  17. Ushakov A.V., Karpov I.V., Fedorov L.U., Lepeshev A.A. Mechanical and tribological properties of complex-modified material based on ultra-high molecular weight polyethylene and CuO // Journal of Friction and Wear. 2014. Vol. 35. P. 7–11.
  18. Skotnicka A., Kabatc-Borcz J. Design, Synthesis, and Spectral Properties of Novel 2-Mercaptobenzothiazole Derivatives // Materials. 2024. Vol. 17. №. 1. P. 246.
  19. Danilova S.N., Okhlopkova A.A., Yarusova S.B. et al. Study on the Impact of a Combination of Synthetic Wollastonite and 2-Mercaptobenzothiazole-Based Fillers on UHMWPE Polymeric Matrix // Journal of Composites Science. 2023. Vol. 7. №. 10. P. 431.
  20. Lin E.Y., Frischknecht A.L., Riggleman R.A. Origin of mechanical enhancement in polymer nanoparticle (NP) composites with ultrahigh NP loading // Macromolecules. 2020. Vol. 53. №. 8. P. 2976–2982.
  21. Safaei M.M., Abedinzadeh R., Khandan A., Barbaz-Isfahani R., Toghraie D. Synergistic effect of graphene nanosheets and copper oxide nanoparticles on mechanical and thermal properties of composites: Experimental and simulation investigations //Materials Science and Engineering: B. 2023. Vol. 289. P. 116248.
  22. Zhang R., Tian J., Wu Y., Chou W., Yang J., Xue P. An investigation on shape memory behaviors of UHMWPE-based nanocomposites reinforced by graphene nanoplatelets // Polymer Testing. 2021. Vol. 99. P. 107217.
  23. Gu J., Li N., Tian L., Lv Z., Zhang Q. High thermal conductivity graphite nanoplatelet/UHMWPE nanocomposites // Rsc Advances. 2015. Vol. 5. №. 46. P. 36334–36339.
  24. Wang K.H., Choi M.H., Koo C.M., et al. Morphology and physical properties of polyethylene/silicate nanocomposite prepared by melt intercalation // Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 2002. Vol. 40. №. 14. P. 1454–1463.
  25. Alapati S., Meledath J.T., Karmarkar A. Effect of morphology on electrical treeing in low density polyethylene nanocomposites // IET Science, Measurement & Technology. 2014. Vol. 8. №. 2. P. 60–68.
  26. Bucknall C., Altstädt V., Auhl D., et al. Structure, processing and performance of ultra-high molecular weight polyethylene (IUPAC Technical Report). Part 2: crystallinity and supra molecular structure // Pure and Applied Chemistry. 2020. Vol. 92. № 9. P. 1485–1501.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».