Влияние структурообразователя на реологические свойства полимерной смеси на основе полиэтиленов низкой и высокой плотности

В работе рассмотрено влияние структурообразователя диоксида титана на реологические характеристики полимерной смеси на основе полиэтиленов низкой и высокой плотности, взятых в соотношении 50/50. 

Концентрация диоксида титана составляла 1% масс. Реологическое поведение расплавов полимерных композитов исследовано с использованием капиллярного реометра марки CEAST MF50 (Instron, Италия) при температурах 190, 210, 230, 250 °С и нагрузках 3,8, 5,0, 10,0, 12,5 и 21,6 кг. Установлено влияние температуры и напряжения сдвига на закономерность изменения эффективной вязкости и скорости сдвига. Согласно модели Аррениуса – Френкеля – Эйринга определена энергия активации вязкого течения композитов. «Кажущаяся» энергия активации вязкого течения варьируется в пределах 16,04–33,10 кДж/моль для исходной смеси полиэтиленов и в диапазоне 6,96–33,10 кДж/моль для композитов, модифицированных структурообразователем на основе смеси полиэтиленов низкой и высокой плотности. Построена универсальная температурно-инвариантная характеристика вязкостных свойств полимерных материалов, позволяющая путем экстраполяции этой зависимости в область высоких скоростей сдвига прогнозировать технологический режим их переработки методами литья под давлением и экструзии.

1. Mishra J., Tiwari S.K., Abolhasani M.M., Azimi S., Nayak G.C. 2 – Fundamental of polymer blends and its thermodynamics // Micro and nano fibrillar composites (MFCs and NFCs) from polymer blends / eds K.M. Raghvendra, T. Sabu, K. Nandakumar. Woodhead Publishing, 2017. P. 27–55. DOI: 10.1016/B978-0-08-101991-7.00002-9.

2. Sarathchandran C. Chapter 3 – Interfacial characterization of immiscible polymer blends using rheology // Micro and nano technologies, rheology of polymer blends and nanocomposites / eds T. Sabu, C. Sarathchandran, N. Chandran. Elsevier, 2020. P. 31–48. DOI: 10.1016/B978-0-12-816957-5.00003-3.

3. Ruys A. 6 – Alumina bearings in orthopedics: origin and evolution // Alumina ceramics. Biomedical and clinical applications / ed. A. Ruys. Woodhead Publishing, 2019. P. 139–178. DOI: 10.1016/B978-0-08-102442-3.00006-3.

4. Nabeela A. M. Studing the mechanical properties and morphology of ternary blends of polyethylene // Engineering and Technology Journal. 2009. Vol. 27, no. 6. P. 1197–1205. DOI: 10.30684/etj.27.6.17.

5. Shebani A., Klash A., Elhabishi R., Abdsalam S., Elbreki H., Elhrari W. The influence of LDPE content on the mechanical properties of HDPE/LDPE blends // Research & Development in Material Science. 2018. Vol. 7, no. 5. P. 791–797. DOI: 10.31031/RDMS.2018.07.000672.

6. Ronca S. Chapter 10 – Polyethylene // Brydson’s Plastics Materials / ed. G. Marianne. Butterworth-Heinemann, 2017. P. 247–278. DOI: 10.1016/B978-0-323-35824-8.00010-4.

7. Basmage O.M., Hashmi M.S.J. Plastic products in hospitals and healthcare systems // Encyclopedia of renewable and sustainable materials / eds S. Hashmi, I.A. Choudhury. Elsevier, 2020. Vol. 1. P. 648–657. DOI: 10.1016/B978-0-12-803581-8.11303-7.

8. Kakhramanov N.T., Mustafayeva F.A., Arzumanova N.B., Guliev A.D. Crystallization kinetics of composite materials based on polyethylene mixture with high and low density // Inorganic Materials: Applied Research. 2020. Vol. 11, no. 1. P. 127–131. DOI: 10.1134/S2075113320010177.

9. Datta J., Kosiorek P., Włoch M. Effect of high loading of titanium dioxide particles on the morphology, mechanical and thermo-mechanical properties of the natural rubber-based composites // Iranian Polymer Journal. 2016. Vol. 25. P. 1021–1035. DOI: 10.1007/s13726-016-0488-7.

10. Кахраманов Н.Т., Байрамова И.В., Мамедли У.М., Исмайылзаде А.Д., Исипчик В.С. Свойства нанокомпозитов на основе везувиана и сополимера этилена с гексеном // Пластические массы. 2019. N 5-6. С. 36–39. DOI: 10.35164/0554-2901-2019-5-6-36-39

11. Nguyen V.G., Thai H., Mai D.H., Tran H.T., Tran D.L., Vu M.T. Effect of titanium dioxide on the properties of polyethylene/TiO2 nanocomposites // Composites Part B: Engineering. 2013. Vol. 45, no. 1. P. 1192–1198. DOI: 10.1016/j.compositesb.2012.09.058.

12. Diasanayake M.A.K.L., Senadeera G.K.R., Sarangika H.N.M., Ekanayake P.M.P.C., Thotawattage C.A., Divarathne H.K.D.W.M.N.R., et al. TiO2 as a low cost, multifunctional material // Materilastoday: Proceedings. 2016. Vol. 3, S1. P. S40–S47. DOI: 10.1016/j.matpr.2016.01.006.

13. Kubacka A., Suárez Diez M., Rojo D., Bargiela R., Ciordia S., Zapico I., et al. Understanding the antimicrobial mechanism of TiO2-based nanocomposite films in a pathogenic bacterium // Scientific Reports. 2014. Vol. 4. P. 4134. DOI: 10.1038/srep04134.

14. Анпилогова В.С., Кравченко Т.П., Николаева Н.Ю., Лин Н.З., Осипчик В.С. Реологические свойства композиционных материалов на основе полиэтилена высокой плотности // Пластические массы. 2016. N 5-6. С. 9–11. EDN: WIOBHH.

15. Курбанова Р.В. Реологические свойства органо-неорганических гибридных гелей на основе функционализированного полиэтилена низкой плотности и клиноптилолита // Пластические массы. 2020. N 7-8. С. 3–7. DOI: 10.35164/0554-2901-20207-8-3-7. EDN: DVGVAS.

16. Кочуров Д.В. Реология разбавленных растворов полимеров // Международный студенческий научный вестник. 2018. N 5. С. 157. EDN: UZQMBU.

17. Lou Y., Lei Q., Wu G. Research on polymer viscous flow activation energy and non-newtonian index model based on feature size // Advances in Polymer Technology. 2019. P. 1070427. DOI: 10.1155/2019/1070427.

18. Alzarzouri F., Jabra R., Deri F. Melt rheological behaviour and mechanical properties of poly(lactic acid)/ high density polyethylene blends // Materials Physics and Mechanics. 2021. Vol. 47, no. 1. P. 103–116. DOI: 10.18149/MPM.4712021_10.

19. Vinogradov G.V., Malkin A.Ya. Temperature-independent viscosity characteristics of polymer systems // Journal of Polymer Science Part A: General Papers. 1964. Vol. 2, no. 5. P. 2357–2372. DOI: 10.1002/pol.1964.100020525.

20. Allahverdiyeva Kh.V., Kakhramanov N.T., Abdullin M.I. Rheological properties of metal-filled systems based on lowdensity polyethylene and aluminum // Inorganic Materials: Applied Research. 2022. Vol. 13, no. 5. P. 1340–1345. DOI: 10.1134/S2075113322050033.