Модифікація полімерних матеріалів інтенсивною пластичною деформацією

V. А. Beloshenko; Y. Yu. Beygelzimer; Yu. V. Voznyak; V. V. Chishko

doi:10.37142/2076-2151/2019-94(48)

V. А. Beloshenko Донецький фізико-технічний інститут ім. О. О. Галкіна НАН України (ДонФТІ НАНУ), м. Київ
Y. Yu. Beygelzimer Донецький фізико-технічний інститут ім. О. О. Галкіна НАН України (ДонФТІ НАНУ), м. Київ
Yu. V. Voznyak Центр молекулярних і макромолекулярних досліджень (ЦММД), м. Лодзь, Польща
V. V. Chishko Донецький фізико-технічний інститут ім. О. О. Галкіна НАН України (ДонФТІ НАНУ), м. Київ

DOI: https://doi.org/10.37142/2076-2151/2019-94(48)

Ключові слова: полімерні матеріали, інтенсивна пластична деформація, структура, фізичні та механічні властивості.

Анотація

Білошенко В. О., Бейгельзимер Я. Ю., Возняк Ю. В., Чишко В. В. Модифікація полімерних матеріалів інтенсивною пластичною деформацією // Обробка матеріалів тиском. – 2019. – № 1 (48). – С. 94–103.

Узагальнено результати досліджень та проведено аналіз впливу інтенсивної пластичної деформації, яка реалізується методами крутіння під високим тиском, рівноканальної кутової і багатокутової екструзії, Т-образної рівноканальної екструзії, гвинтової та плоскої гвинтової екструзії, на структуру і фізико-механічні властивості полімерних матеріалів різної архітектури. Показана ефективність застосування методів обробки, заснованих на використанні деформації простим зсувом, для модифікації структури полімерів і полімерних композитів. Інтенсивна пластична деформація дозволяє сформувати орієнтацію в блокових зразках полімерів, яка обумовлює унікальний комплекс властивостей. Зокрема, рівноканальна багатокутова екструзія допускає в склоподібних полімерах реалізацію структурного стану, що забезпечує підвищення їх деформаційно-міцнісних і ударних характеристик незалежно від напрямку навантаження. У разі аморфно-кристалічних полімерів призводить до багаторазового підвищення жорсткості і міцності при збереженні вихідної пластичності, «інварного ефекту», істотного поліпшення трибологічних характеристик. У полімерних композитів зміна структурних параметрів наповнювачів і полімерної матриці забезпечує додаткові можливості в управлінні їх морфологією і властивостями. Обговорюються фізичні механізми виявлених ефектів структурної модифікації

Біографії авторів

V. А. Beloshenko, Донецький фізико-технічний інститут ім. О. О. Галкіна НАН України (ДонФТІ НАНУ), м. Київ

доктор технічних наук, професор, директор ДонФТІ

Y. Yu. Beygelzimer, Донецький фізико-технічний інститут ім. О. О. Галкіна НАН України (ДонФТІ НАНУ), м. Київ

доктор технічних наук, професор, головний науковий співробітник

Yu. V. Voznyak, Центр молекулярних і макромолекулярних досліджень (ЦММД), м. Лодзь, Польща

канд. фіз.-мат. наук, ст. наук. співроб.

V. V. Chishko, Донецький фізико-технічний інститут ім. О. О. Галкіна НАН України (ДонФТІ НАНУ), м. Київ

канд. техн. наук, ст. наук. співроб.

Посилання

Zhilyaev AP., Langdon T.G. Using high-pressure torsion for metal processing: Fundamentals and applications. Progress in Materials Science. 2008, 53, 6, pp. 893–979.

Valiev R.Z., Langdon T.G. Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement. Progress in Materials Science. 2006, 51 (7), pp.881–981.

Beloshenko V.A., Varyukhin V.N., Voznyak A.V., Voznyak Yu.V. Equal‐channel multiangular extrusion of semicrystalline polymers. Polymer Engineering and Science. 2010, 50 (5), pp.1000–1006.

Beloshenko V.A., Varyukhin V.N., Voznyak A.V., Voznyak Yu.V. New methods of solid-phase modification of polymers by simple-shear. Doklady Physical Chemistry. 2009, 426(1), pp. 81–83.

Beygelzimer Y., Kulagin R., Estrin Y., Toth L.S., Kim H.S., Latypov M.I. Twist Extrusion as a Potent Tool for Obtaining Advanced Engineering Materials: A Review. Advanced engineering materials. 2017, 19(8), pp. 1600873–1600896.

Beygelzimer Y., Prilepo D., Kulagin R., Grishaev V., Abramova O., Varyukhin V., Kulakov M. Planar Twist Extrusion versus Twist Extrusion. Journal of Materials Processing Technology. 2011, 211(3), pp. 522–529.

Zhorin V.A., Kissin Yu.V., Luizo Yu.V., Fridman N.M., Yenikolopyan N.S. Structural changes in polyolefins due to the combination of high pressure and shear deformation. Polymer Science U.S.S.R. 1976. 18(12), pp. 3057–3061.

Zhorin V.A., Malkin A.Ya., Yenikolopyan N.S. The flow limits of some solid polyolefins as a function of pressure. Polymer Science U.S.S.R. 1979, 21(4), pp. 896–901.

Zhorin V.A., Godovskii Yu.K., Yenikolopyan N.S. A calorimetric study of changes in crystalline polymers and their blends under the simultaneous action of high pressures and shear strains. Polymer Science U.S.S.R. 1982, 24 (5), pp. 1073–1080.

Zhorin V.A. The solid-phase high-pressure polymerization of acrylamide initiated by shear strain. Science U.S.S.R. 1981, 23 (8), pp. 1991–1999.

Zhorin V.A., Kulakov V.V., Mironov N.A., Nikol'skii V.G., Chebotarevskii A.E., Yenikolopyan N.S. Homogenization of blends of polypropylene and ethylene-propylene rubber under shear in the presence of inorganic fillers. Polymer Science U.S.S.R. 1982, 24(5), pp. 1081–1084.

Kryuchkov A.N., Zhorin V.A., Lalayan S.S., Prut E.V., Nikol'skii V.G., Budnitskii Yu.M., Akutin M.S., Yenikolopyan N.S. Physico-mechanical properties of polymers subjected to the simultaneous action of high pressure and shear deformation. Polymer Science U.S.S.R. 1982, 24(1), pp. 211–217.

Zhorin V.A., Beshenko S.I., Berlin Yu.A., Enikolopyan N.S. Metallic character of the electrical conductivity of tetraphenylporphyrin under conditions of high pressure and shear deformation. Polymer Science U.S.S.R. 1982, 24(12), pp. 2304–2307.

Sue H.-J., Li C.K.-Y. Control of Orientation of Lamellar Structure in Linear Low Density Polyethylene Via a Novel Equal Channel Angular Extrusion Process. Journal of Materials Science Letters. 1998, 17(10), pp. 853–856.

Beloshenko V., Beygelzimer Y., Voznyak Y. Solid-State Extrusion, 1–16, in: Encyclopedia Of Polymer Science and Technology, 4th Edition, with a foreword by Dr. K. Matyjaszewski, Carnegie Mellon University. 2015.

Li C.K.-Y., Xia Z.-Y., Sue H.-J. Simple shear plastic deformation behavior of polycarbonate plate II. Mechanical property characterization. Polymer. 2000, 41(16), pp. 6285-6293.

Creasy T.S., Kang Y.S. Fiber Orientation during Equal Channel Angular Extrusion of Short Fiber Reinforced Thermoplastics. Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2004, 17(3), pp. 205–227.

Weon Jong I., Creasy Terry S., Sue H.‐J., Hsieh Alex J. Mechanical behavior of polymethylmethacrylate with molecules oriented via simple shear. Polymer Engineering & Science. 2005, 45, (3), pp. 314–324.

Qiu Jianhui, Murata Takuya, Wu Xueli, Kitagawa Masayoshi, Kudo Makoto Plastic deformation mechanism of crystalline polymer materials in the equal channel angular extrusion process. Journal of Materials Processing Technology. 2012, 212 (7), pp. 1528–1536.

Cui Hongxiang, Zhang Lianhong, Gong Jianguo, Ma Yuchun, Ying Wang. Reinforcement of Biodegradable Poly (DL‐lactic acid) Material by Equal‐Channel Angular Extrusion. Macromolecular Symposia. 2006. 242(1), pp. 55–59.

Zhang Xiaoqing, Gao Dachao, Wu Xiaolin, Xia Kenong. Bulk plastic materials obtained from processing raw powders of renewable natural polymers via back pressure equal channel angular consolidation (BP-ECAC). European Polymer Journal. 2008, 44, (3). pp. 780–792.

Li Hong, Huang Xun, Huang Chengya, Zhao Yaoming. An investigation about solid equal channel angular extrusion on polypropylene/organic montmorillonite composite. J. Appl. Polym. Sci. 2012, 123(4), pp. 2222–2227.

Li H., Huang C., Huang X. Structure and Properties of Polypropylene. High-Density Polyethylene Blends by Solid Equal Channel Angular Extrusion. J. Appl. Polym. Sci. 2014, 131(2), pp. 39759.

Beloshenko V.A., Voznyak Yu.V., Reshidova I.Yu., Naït-Abdelaziz M., Zairi F. Equal-channel angular extrusion of polymers. Journal of Polymer Research. 2013, 12, pp. 322.

Alexander D. Reinitz, Evan J. Engler, Douglas M. Carlson, Citters W. Van. Equal channel angular extrusion of ultra-high molecular weight polyethylene Steven. Materials Science and Engineering. 2001, 67, pp. 623–628.

Boulahia R., Gloaguen J.M, Zaïri F., Naït-Abdelaziz M., Seguela R., Boukharouba T., Lefebvre J.M. Deformation behaviour and mechanical properties of polypropylene processed by equal channel angular extrusion: Effects of back-pressure and extrusion velocity Author links open overlay panel. Polymer. 2009, 50(23), pp. 5508–5517.

Beloshenko V.A., Voznyak Yu.V., Voznyak A.V. Solid-phase extrusion of polyamide under simple shear. Polymer Science Series A. 2009, 51, (8), pp. 916–922.

Beloshenko V.A., Voznyak Yu.V., Voznyak A.V. Modification of polyamide-6 structure by combined methods of solid-phase extrusion. High Pressure Research. 2011, 31(1), pp. 153–157.

Beloshenko V.A., Voznyak Yu.V., Voznyak A.V., Glasunova V.A., Konstantinova T.E. Polyamide-6 structure modification by combined solid-phase extrusion. Polym. Eng. Sci. 2012, 52(8), pp. 1815–1820.

Beloshenko V.A., Voznyak Yu.V., Voznyak A.V., Prokhorenko S.V. “Invar effect” in extruded crystallizable polymers. Doklady Physical Chemistry. 2013, 449(2), pp. 88–90.

Beloshenko V. A., Voznyak Yu.V., Voznyak A.V. Control of the mechanical and thermal properties of semicrystalline polymers via a new processing route of the equal channel multiple angular extrusion. Eng. Sci. 2014, 54(3), pp. 531–539.

Beloshenko V. A., Voznyak Yu.V., Mikhal’chuk V.M. A microcalorimetric study of crystallizable polymers subjected to severe plastic deformation. Polymer Science Series A. 2014, 56(3), pp. 269–274.

Beloshenko V. A., Voznyak Yu.V., Voznyak A.V. Effect of equal-channel multiple-angular extrusion on the physical and mechanical properties of glassy polymers. J. Appl. Polym. Sci. 2015, 132(27), pp. 42180–42187.

Beloshenko V.A., Voznyak Yu.V., Voznyak A.V., Novokshonova L.A., Grinyov V.G., Krasheninnikov V.G. Processing of Polypropylene-Organic Montmorillonite Nanocomposite by Equal Channel Multiangular Extrusion. International Journal of Polymer Science. 2016, 8 р.

Beloshenko V.A., Voznyak Yu.V., Voznyak A.V., Kupreev A.V. Tribological properties of an antifriction polymer modified by severe plastic deformation. Doklady Chemistry. 2016, 466(2), pp. 25–28.

Beloshenko V.A., Voznyak Yu.V., Voznyak A.V., Novokshonova L.A., Grinyov V.G. Effect of simple induced orientation process on the morphology and properties of polyolefin/graphite nanoplates composites. Comp. Sci. Tech. 2017, 139, pp. 47–56.

Beloshenko V.A., Voznyak Yu., Voznyak A.V., Savchenko B. New approach to production of fiber reinforced polymer hybrid composites. Composites, Part B. 2017, 112, pp. 22–30.

Voznyak Yuri. The effect of radiation treatment on mechanical and thermal properties of semicrystalline polymers processed by severe plastic deformation. Macromolecular Research. 2017, 25(1), pp. 38–44.

Beloshenko V.A., Voznyak Yu., Voznyak A.V., Savchenko B. Effects of orientation ordering of low‐density polyethylene-multi‐walled carbon nanotubes composites determined by severe plastic deformation. Polym. Eng. Sci. 2019. DOI: http://doi.org/10.1002/pen.24987

Prokof'eva O.V., Voznjak Ju.V., Prilepo D.V. Features of the plastic flow of metal and polymeric materials during intense plastic deformation by the method of flat screw extrusion. FTVD. 2013, 23, 1, pp. 116–123. (in Russian).