КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ Al2O3 С ДВУХСЛОЙНЫМ ПОЛИМЕР-НЫМ ПОКРЫТИЕМ ИЗ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА И ПОЛИ-ЭТИЛЕНА: СИНТЕЗ, СВОЙСТВА И ПЕРЕРАБОТКА 3D ПЕЧАТЬЮ МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЕКАНИЯ

С. С. Гусаров; О. И. Кудинова; Н. Г. Рывкина; И. А. Маклакова; Т. А. Ладыгина; Л. А. Новокшонова

doi:10.6060/rcj.2023674.1

С. С. Гусаров ФГБУН Федеральный Исследовательский Центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук
О. И. Кудинова ФГБУН Федеральный Исследовательский Центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук
Н. Г. Рывкина ФГБУН Федеральный Исследовательский Центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук
И. А. Маклакова ФГБУН Федеральный Исследовательский Центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук
Т. А. Ладыгина ФГБУН Федеральный Исследовательский Центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук
Л. А. Новокшонова ФГБУН Федеральный Исследовательский Центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук

DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2023674.1

Ключевые слова: сверхвысокомолекулярный полиэтилен, полимеризация in-situ, селективное лазерное спекание, двухслойное полимерное покрытие

Аннотация

Методом полимеризационного наполнения (in-situ) получены высоконаполненные порошковые композиты на основе частиц Al₂O₃ с двухслойным покрытием из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и полиэтилена низкой молекулярной массы (Al₂O₃/СВМПЭ/ПЭ) путем последовательной двухстадийной полимеризации, с однослойным покрытием из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (Al₂O₃/СВМПЭ) и полиэтилена низкой молекулярной массы (Al₂O₃/ПЭ) в одностадийном процессе для применения в 3D печати методом селективного лазерного спекания. В качестве наполнителя использовали корундовые сферы Al₂O₃ со средним размером частиц 20 мкм, что обеспечило частицам композитов сферическую форму и необходимую текучесть в камере принтера. Температура плавления насцентных композитов выше, чем после их плавления, что расширяет «окно спекания», и важно при 3D печати методом селективного лазерного спекания. Динамический модуль потерь в области α-релаксации, характеризующий подвижность полимерных цепей в межкристаллическом (аморфном) слое, у композитов Al₂O₃/СВМПЭ/ПЭ выше, чем у Al₂O₃/СВМПЭ, также возросла их пластичность при одноосном растяжении. Теплостойкость синтезированных композитов, оцененная методом динамического механического анализа, на 20–33 °С выше, чем у сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Содержание наполнителя, порядок расположения полимерных слоев на поверхности частиц наполнителя и их состав влияют на прочностные свойства и характер деформации композитов при одноосном растяжении. Полученные композиты с наполнением 10 и 30 об.% обладали высокими прочностными и деформационными свойствами. Порошки композитов успешно испытаны при 3D печати методом селективного лазерного спекания, коробления и усадки деталей не наблюдалось.

Литература

Tan H.W., Choong Y.Y.C., Kuo C.N., Low H.Y., Chua Ch.K. Prog. in Mat. Sci. 2022. V. 127. P. 100945. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2022.100945.

Gu D.D., Meiners W., Wissenbach K., Poprawe R. Inter. Mat. Rev. 2012. V. 57. P. 133–164. DOI:10.1179/1743280411Y. 0000000014.

Brighenti R., Cosma M.P., Marsavina L., Spagnoli A., Terzano M. J. Mater. Sci. 2021. V. 56. N 2. P. 961–998. DOI: 10.1007/s10853-020-05254- 6.

Zhu X., Yang Q. Plastics Rubber and Comp. 2020. V. 49. P. 1–11. DOI: 10.1080/14658011.2020.1718321.

Ziegelmeier S., Panagiotis C., Wöllecke F., Tuck C.J. J. of Mat. Processing Tech. 2015. V. 215. P. 239–250. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2014.07.029.

Goodridge R.D., Tuck C.J., Hague R.J.M. Progress in Materials Sci. 2012. V. 57. P. 229–267. DOI: 10.1016/j.pmatsci. 2011.04.001.

Blümel C., Sachs M., Laumer T., Winzer B., Schmidt J., Scmidt M., Peukert W., Wirth Kari-Ernst. Rapid Prototyping J. 2015. V. 21. P. 697–704. DOI: 10.1108/RPJ-07-2013-0074.

Ushakova T.M., Starchak E.E., Gostev S.S., Grinev V.G., Krasheninnikov V.G., Gorenberg A.Ya., Novokshenova L.A. Russ. J. Phys. Chem. B. 2020. V. 14. P. 66–71. DOI: 10.1134/S1990793120030124.

Yang C., Huawei Z., Mei L., Pengbo L. J. Appl. Polym. Sci. 2013. V. 123. P. 945–953. DOI:10.1002/app.38374.

Yannick L.W., Proes F., Imgrund P., Luinstra G.A. Macromol. Mater. Eng. 2021. V. 306. DOI: 10.1002/mame.202100477.

Song C., Huang A., Yang Y., Xiao Z., Yu Jia-kuo. Rapid Prototyping J. 2017. V. 23. P. 1069–1078. DOI: 10.1108/RPJ-09-2015-0119.

Wencke Y.L., Luinstra G.A., Duchateau R., Proes F., Imgrund P., Evenson J., Emmelmann C. European Pol. J. 2021. V. 163. P. 5–8. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2022.110936.

Ryvkina N.G., Nezhnyi P.A., Kudinova O.I., Chmutin I.A., Grinev V.G., Novokshenova L.A. Russ. J. Phys. Chem. B. 2019. V. 13. N 5. P. 831–837. DOI: 10.1134/S1990793119050105.

Grinev V.G., Krasheninnikov V.G., Zabolotnov A.S., Ladygina T.A., Brevnov P.N., Novokshonova L.A., Berlin A.A. Pol. Sci. Ser. D. 2018. V. 11. N 2. P. 202–208. DOI: 10.1134/S1995421218020089.

Ferreira E.H.C., Fechine G.J.M. J. Appl. Polym. Sci. 2020. V. 137. DOI: 10.1002/app.49604.

Kumar A., Choudhary V., Khanna R., Tripathi S.N., Ikram-UI-Hag M., Sahajwalla V. J. Appl. Polym. Sci. 2016. V. 133. P. 1–11. DOI: 10.1002/app.43389.

Novokshonova L.A., Meshkova I.N., Ushakova T.M., Grinev V.G., Ladigina T.A., Glutseva N.M., Kudinova O.I., De Boer S. J. Appl. Polym. Sci. 2003. V. 87. P. 577–583. DOI: 10.1002/app.11186.

Goodridge R.D., Hague R. J.M., Tuck Ch. J. J. Mat. Proc. Technology. 2010. V. 210. P. 72–80. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2009.08.016.