Исследование микроструктуры и локальных механических свойств растянутых полиуретанов
DOI:
https://doi.org/10.17072/1993-0550-2025-2-36-46Ключевые слова:
полиуретан, растяжение, атомно-силовая микроскопия, модуль упругости, индентирование, метод конечных элементовАннотация
Эластичный полиуретан – синтетический эластомер, состоящий из жестких и мягких блоков, образующих в материале неоднородные надмолекулярные структуры. В работе методами атомно-силовой микроскопии исследована микроструктура и жесткость двух полиуретанов, отличающихся плотностью надмолекулярной жесткой фибриллярной сетки, вплетенной в более мягкую матрицу. Показана эволюция локальных свойств при одноосном растяжении, в том числе в предельно растянутом состоянии. Методом конечных элементов моделировали вдавливание индентора в растянутый упругий полимер; получена зависимость жесткости от кратности удлинения. Этот результат использован для сравнения с экспериментальными данными и оценки величины локального удлинения растянутого полиуретана. Полученные результаты объясняют и дополняют макроскопические механические свойства полимеров.Библиографические ссылки
Petrović Z. S., Ferguson J. Polyurethane elastomers // Progress in Polymer Science. 1991. Vol. 16. P. 695–836. DOI:10.1016/0079-6700(91)90011-9 EDN:XSOOJE.
Sheth J. P., Klinedinst D. B., Wilkes G. L., Yilgor I., Yilgor E. Role of chain symmetry and hydrogen bonding in segmented copolymers with monodisperse hard segments // Polymer. 2005. Vol. 46. P. 7317–7322. DOI:10.1016/j.polymer.2005.04.041 EDN:KGQHRX.
Klinedinst D. B., Yilgör I., Yilgör E., Zhang M., Wilkes G. L. The effect of varying soft and hard segment length on the structure-property relationships of segmented polyurethanes based on a linear symmetric diisocyanate, 1,4-butanediol and PTMO soft segments // Polymer. 2012. Vol. 53. P. 5358–5366. DOI:10.1016/j.polymer.2012.08.005.
Tocha E., Janik H., Debowski M., Vancso G. J. Morphology of polyurethanes revisited by complementary AFM and TEM // Journal of Macromolecular Science, Part B. 2002. Vol. 41. P. 1291–1304. DOI:10.1081/MB-120013098.
Yilgör I., Yilgör E., Wilkes G. L. Critical parameters in designing segmented polyurethanes and their effect on morphology and properties: A comprehensive review // Polymer. 2015. Vol. 58. P. A1–A36.
Kimball M. E., Fielding-Russell G. S. Effect of cure temperature on urethane networks // Polymer. 1977. Vol. 18. P. 777–780. DOI:10.1016/0032-3861(77)90180-X.
Cheng B.-X., Gao W.-C., Ren X.-M., Ouyang X.-Y., Zhao Y., Zhao H., Wu W., Huang C.-X., Liu Y., Liu X.-Y., Li H.-N., Li R. K. Y. A review of microphase separation of polyurethane: Characterization and applications // Polymer Testing. 2022. Vol. 107. P. 107489. DOI:10.1016/ j.polymertesting.2022.107489 EDN: DCHRZG.
Zheng J., Ozisik R., Siegel R. W. Disruption of self-assembly and altered mechanical behavior in polyurethane/zinc oxide nanocomposites // Polymer. 2005. Vol. 46. P. 10873–10882. DOI:10.1016/j.polymer.2005.08.082 EDN: KGQCDR.
Zheng J., Ozisik R., Siegel R. W. Phase separation and mechanical responses of polyurethane nanocomposites // Polymer. 2006. Vol. 47. P. 7786–7794. DOI:10.1016/j.polymer.2006.08.068 EDN: KGQUDJ.
Larraza I., Alonso-Lerma B., Gonzalez K., Gabilondo N., Perez-Jimenez R., Corcuera M. A., Arbelaiz A., Eceiza A. Waterborne polyurethane and graphene/graphene oxide-based nanocomposites: Reinforcement and electrical conductivity // Express Polymer Letters. 2020. Vol. 14. P. 1018–1033. DOI:10.3144/expresspolymlett.2020.83 EDN:QLWLGR.
Kojio K., Kugumiya S., Uchiba Y., Nishino Y., Furukawa M. The Microphase-separated Structure of Polyurethane Bulk and Thin Films // Polymer Journal. 2009. Vol. 41 P. 118–124. DOI:10.1295/polymj.PJ2008186.
Takahashi A., Kita R., Kaibara M. Effects of thermal annealing of segmented-polyurethane on surface properties, structure and antithrombogenicity // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2002. Vol. 13. P. 259–262. DOI:10.1023/A:1014054716444 EDN: AUXNEJ.
Li X., Lu Y., Wang H., Pöselt E., Eling B., Men Y. Crystallization of hard segments in MDI/BD-based polyurethanes deformed at elevated temperature and their dependence on the MDI/BD content // European Polymer Journal. 2017. Vol. 97. P. 423–436.
Christenson E. M., Anderson J. M., Hiltner A., Baer E. Relationship between nanoscale deformation processes and elastic behavior of polyurethane elastomers // Polymer. 2005. Vol. 46. P. 11744–11754. DOI:10.1016/j.polymer.2005.08.083 EDN: KGQARP.
Scetta G., Euchler E., Ju J., Selles N., Heuillet P., Ciccotti M., Creton C. Self-Organization at the Crack Tip of Fatigue-Resistant Thermoplastic Polyurethane Elastomers // Macromolecules. 2021. Vol. 54. P. 8726–8737. DOI:10.1021/acs.macromol.1c00934 EDN: NRMZLQ.
Morozov I. A., Beliaev A. Yu., Scherban M. G. Effect of curing temperature on surface and subsurface properties of polyurethane elastomer // Materials Physics and Mechanics. 2023. Vol. 51. P. 107–118. DOI:10.18149/MPM.5162023_10 EDN: DWRZRT.
Johnson K. L., Kendall K., Roberts A. D. Surface energy and the contact of elastic solids // Proc. R. Soc. Lond. A. 1971. Vol. 324. P. 301–313. DOI:10.1098/rspa.1971.0141.
Arruda E. M., Boyce M. C. A three-dimensional constitutive model for the large stretch behavior of rubber elastic materials // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1993. V. 41. N. 2. P. 389–412. DOI:10.1016/0022-5096(93)90013-6.
Tereshatov V. V., Makarova M. A., Senichev V. Yu., Slobodinyuk A. I. Interrelationship between ultimate mechanical properties of variously structured polyurethanes and poly(urethane urea)s and stretching rate thereof // Colloid Polym Sci. 2012. Vol. 290. P. 641–651. DOI:10.1007/s00396-011-2585-7 EDN:PDTBQP.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Илья Александрович Морозов, Антон Юрьевич Беляев
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Публикация статьи в журнале осуществляется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).
