Исследование методом рентгеновского рассеяния in situ уникального механизма повышения трещиностойкости в нанокомпозитных пленках на основе полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы и поверхностно-модифицированных углеродных нан волокон

Механизм повышения трещиностойкости нанокомпозитных пленок, состоящих из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы (UHMWPE) и модифицированных углеродных нановолокон (MCNF), исследовали методами синхротронного малоуглового рентгеновского рассеяния (SAXS) и широкоугловой рентгеновской дифракции (WAXD) in situ при одноосном растяжении. Поверхностная модификация углеродных нановолокон включала окисление с последующей химической реакцией с октадециламином. При комнатной температуре трещиностойкость полученных прессованием из расплава нанокомпозитных пленок при добавлении 0,2 и 5 мас.% MCNF увеличивалась более чем в 10 раз по сравнению с чистым UHMWPE. Результаты WAXD и SAXS показали, что MCNF действовали как носители растворителя в жесткой матрице UHMWPE: привитые короткие углеводородные цепи (n = 18) пластифицировали окружающие цепи UHMWPE в наномасштабной области (10–20 нм) и индуцировали межфазное течение при растяжении, что приводило к большому относительному удлинению при разрыве (>500%). Во всех образцах при деформации обнаруживалось мартенситное превращение кристаллов UHMWPE; режим превращения был отнесен к типу T12. При высокой температуре (118 °C) трещиностойкость композитных пленок MCNF/UHMWPE оставалась примерно в 2 раза выше, чем у чистого UHMWPE. Подвижные углеводородные слои на границе раздела UHMWPE/MCNF, по-видимому, являлись ключевым фактором, позволившим преодолеть барьер, обусловленный высокой степенью перепутывания цепей в твердой матрице UHMWPE, и обеспечить существенно повышенную трещиностойкость.