Структура и механические свойства полиэтилентерефталата, наполненного нанографитом разного типа и коротким стекловолокном

Abstract

Приведены результаты сравнительных исследований структуры, реологических и прочностных свойств полиэтилентерефталата (ПЭТ), наполненного гибридными микро- и нанонаполнителями – коротким стекловолокном (СВ), а также нанографитом (нГ) двух типов – расширенным графитом (РГ), полученным гидролизом графита, интеркалированного натрием, и терморасширенным графитом (ТРГ), являющимся продуктом расширения сернокислотного интеркалята при его термообработке на воздухе. Концентрацию СВ варьировали в пределах 15–60 мас. %, а нГ – от 0.4 до 3 мас. %. Композиты получали реакционным компаундированием на экструзионно-грануляционной линии на базе двухшнекового экструдера (диаметр шнеков 35 мм, L/D = 40) с однонаправленным вращением шнеков. Установлено, что технология получения нГ оказывает сильное влияние на структуру и свойства композитов. В гибридных композитах независимо от типа нГ ускоряется кристаллизация ПЭТ. Расширенный графит в отличие от ТРГ обладает улучшенной диспергируемостью в полимере, способствует повышению содержания СВ со средней длиной, превышающей критическую, замедляет деструкцию ПЭТ в гибридных композитах, особенно при повышенном (≥30%) содержании СВ, что приводит к повышению прочностных характеристик материалов ПЭТ/СВ/РГ по сравнению с ПЭТ/СВ/ТРГ при высокой (45–60 мас. %) концентрации СВ ([СВ]). Наличие адгезионно-активных функциональных групп в структуре ТРГ вследствие кислотного интеркалирования и высокотемпературной обработки на воздухе интеркалята графита способствует повышению прочности при растяжении композитов ПЭТ/СВ/ТРГ по сравнению с ПЭТ/СВ/РГ при определенных степенях наполнения: [ТРГ] = 0.5%, [CB] ≤ 45%; ТРГ = 3.0%, [CB] ≤ 30%). Проявление эффекта синергического повышения показателей механических свойств в гибридных композитах ПЭТ/СВ/нГ в значительной степени связано с взаимовлиянием слоистого наноразмерного нГ и микроразмерного СВ на дезагломерирование (расслаивание) наночастиц и фрагментацию стекловолокон при экструзионном компаундировании.