них властивостей, які досягаються за рахунок додаткового диспергування наповнювача, більш глибокої його інтеграції в ланцюжка полімеру і поліпшення взаємодій між наповнювачем і матрицею. Орієнтування полімеру викликає певну орієнтацію наповнювача, що призводить до анізотропії властивостей, і посиленню їх в одному напрямку.
В даний час ведуться розробки з отриманню композиційних волокон на основі СВМПЕ, армованих дисперсними наповнювачами, у тому числі й УНТ, з метою підвищення фізико-механічних і експлуатаційних властивостей.
Вплив УНТ на модуль пружності, в орієнтованих нанокомпозитах, має складний характер поведінки. Якщо у випадку ізотропних нанокомпозитів, при наповненні УНТ, спостерігалося зростання модуля пружності, то у орієнтованих нанокомпозитів модуль пружності може зменшуватися [26], залишатися постійним [23] або збільшуватися [24] при введенні УНТ. В роботі [26], зниження модуля пружності пояснювалося тим, що Мунте перешкоджають орієнтуванню полімерних ланцюгів СВМПЕ. І тому, орієнтована структура нанокомпозиту зі ступенем витяжки? =100, відповідає орієнтованої структурі не наповненого полімеру при ступені витяжки? =25. У роботі [23], модуль пружності для всіх отриманих волокон становив понад 20 ГПа. І автори роботи відзначають, що при такому високому модулі пружності УНТ не можуть сприяти додатковому збільшенню жорсткості, якщо вони не будуть повністю орієнтовані в напрямку осі волокна і дисперговані на окремі нанотрубки. Ця ж група дослідників, у своїй більш пізній роботі [27], домоглася значного збільшення модуля пружності до 136,8 ГПа, при введенні 0,05 масових часток Мунте, за рахунок вдосконалення технології змішання та орієнтування волокна.
В роботі [28] було доведено, що додавання УНТ в діапазоні малих ступенів наповнення може значно поліпшити теплові, електричні і механічні властивості через їх графітоподобних структури.
Отримані результати в роботі [24] свідчать про те, що вуглецеві нанотрубки рівномірно розподіляються у волокнах СВМПЕ і утворюють з ним міцний зв'язок при його кристалізації з розчину. Механічні та теплові властивості отриманих матеріалів з таких розчинів, мають більш високими показниками, в порівнянні з аналогічними матеріалами не наповненого СВМПЕ. Також був зроблений висновок, що, при додаванні Мунте більше 0,06 масових часток, поліпшення механічних властивостей було не настільки значним, ніж при менших концентраціях наповнювача. З цього, а також з наведених даних аналогічних робіт, слід, що оптимальна ступінь наповнення СВМПЕ вуглецевими нанотрубками має значення від 0,001 до 0,05 масових часток.
Збільшення механічних властивостей поліетиленовою матриці, що містить УНТ, може також ініціюватися в результаті зміни надмолекулярної структури полімерної матриці. УНТ мають геометричні розміри порівнянні з розмірами кристалів поліетилену, і тому присутність нанотрубок може впливати на кристалізацію полімеру і упаковку поліетиленових ланцюгів. УНТ за рахунок нанорозмірних можуть виступати в ролі нуклеірующіх добавок, і міняти механізм кристалізації з гомогенного на гетерогенний, що було відзначено в роботі [27]. При гетерогенному механізмі кристалізації, як правило, відбувається збільшення ступеня кристалічності полімерної матриці. В роботі [27], при гетерогенному механізмі кристалізації СВМПЕ на Мунте ступінь кристалічності зменшилася на 5%. Зростання кристалів поліетилену може відбуватися як на поверхні окремих нанотрубок [29], так і на кластерах. В роботі [23], СЕМ нанокомпозитів Мунте - СВМПЕ свідчить про зростання кристалів полімеру з кластера Мунте розміром 1 мкм.
Гетерогенна кристалізація має два відмінних моменту. Перше, збільшення частки кристалічної фази призводить до збільшення міцності і жорсткості самої полімерної матриці. Друге, кристалізація полімеру на поверхні УНТ призводить до утворення міцного механічного взаємодії, і як наслідок до збільшення здатності матриці передавати навантаження на наповнювач. У всіх вище згаданих роботах, де спостерігалося збільшення механічних властивостей при додаванні УНТ, кристалізація поліетилену відбувалася на поверхні нанотрубок.
Великий вплив УНТ чинять на надмолекулярну структуру поліетилену. У изотропном стані поліетилен переважно має ламеллярную кристалічну структуру, в орієнтованому фибриллярную. На поверхні нанотрубок ПЕ здатний кристалізуватися в структурне утворення типу шиш-кебаб [29], як показано на малюнку 7. Ця структура являє собою диски, утворені ламелями поліетилену зі складеними ланцюгами, центром зростання яких є внутрішні фібрилярні кристали, нанизані на вуглецеву нанотрубку.
Малюнок 7 - надмолекулярної структури типу шиш-кебаб, утворена кристалізацією ПЕ на поверхні УНТ
Структура шиш-кебаб здатна утворюватися на поверхні УНТ за рахунок великої дов...
