Комплексное фундаментальное исследование многократного плавления термопластичных полимерных материалов

Термопластичные полимерные материалы (ТПМ) обладают большим потенциалом промышленного применения благодаря их быстрой переработке, достаточно высокой скорости производственного процесса и широкому спектру изготавливаемых изделий путем традиционным методов экструзия, литья под давлением и прессования, а также современных методов аддитивных технологий (3Д-печать). Изучение такого сложного явления как многократное плавление ТПМ представляет интерес для фундаментальной науки, а также имеет важное практическое значение, поскольку связано с определением возможности повторного использования термопластов и композитов на их основе. Процессы, происходящие при кристаллизации ТПМ, широко изучаются учёными мирового сообщества, однако разные авторы зачастую используют в работе только один экспериментальный метод, что недостаточно для детального изучения многократного плавления ТПМ и не позволяет детально описать кинетику их фазовых переходов при нагревании.

Учёными Института высокомолекулярных соединений Российской академии наук (ИВС РАН) разработан и активно исследуется новый частично кристаллический полиэфиримид Р-ОДФО, имеющий огромный потенциал практического применения в качестве термопластичного связующего с исключительными термо-, крио- и огнестойкими свойствами композиционных материалов на их основе для высокоскоростного транспорта и судостроения. В работе, опубликованной в высокорейтинговом журнале Polymer Testing [Ivan’kova E.M., Kasatkin I.A., Popova E.N., Didenko A. L., Yudin V.E. WAXS in-situ study of R-BAPB polyetherimid double-melting behavior // Polymer Testing. ‒ 2022. ‒ T. 108. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2022.107522], впервые проведено комплексное исследование двойного плавления и соответствующей кристаллической структуры полиэфиримида Р-ОДФО с использованием методов сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), дифференциальной сканирующей калориметрия (ДСК) и большеуглового рассеяния рентгеновских лучей in-situ (БУР).

В ходе исследований было показано, что частицы порошка полиэфиримида Р-ОДФО состоят из многочисленных морфологических единиц пластинчатого типа, имеющих полукристаллическую структуру. На ДСК-термограмме порошка Р-ОДФО наблюдались два пика плавления при 318°С и 340°С. Уникальный эксперимент in-situ термо-БУР позволил получать данные непосредственно в процессе нагревания зарождающегося порошка частично кристаллического полиэфиримида Р-ОДФО, т.к. нагревательная камера являлась частью дифрактометра. Учеными был сделан вывод о том, что низкотемпературный пик плавления при 318°С связан с плавлением множества мелких кристаллитов полимера, что приводит к резкой аморфизации образца. В то же время появление на ДСК-термограмме высокотемпературного пика плавления при 340°С можно объяснить плавлением более крупных кристаллитов, образовавшихся из расплава во время перекристаллизации при 330°С.

СЭМ-микрофотография внутреннего строения частицы исходного полиэфиримида Р-ОДФО

«Полученный результат позволяет прогнозировать теплофизические свойства материалов на основе полиэфиримида Р-ОДФО с учетом особенностей формирования его надмолекулярной структуры и морфологии», ‒ прокомментировал Владимир Евгеньевич Юдин, доктор физико-математических наук, доцент, руководитель лаборатории Механики полимеров и композиционных материалов ИВС РАН.

#статьиQ1