|
DOI: 10.14489/td.2023.07.pp.044-050
Данилаев М. П., Дробышев С. В., Карандашов С. А., Клабуков М. А., Куклин В. А., Лунев И. В.
КАЛИБРОВКА МЕТОДА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ПРИ ДИАГНОСТИКЕ УПРУГИХ СВОЙСТВ ПОЛЯРНЫХ ПОЛИМЕРОВ
(c. 44-50)
Аннотация. Широкое применение изделий из полимерных материалов требует разработки методов неинвазивной диагностики и прогнозирования изменений показателей их механических характеристик. Это обусловлено изменением структуры полимерного материала при комплексном воздействии таких климатических факторов, как, например, солнечное излучение, перепады температур, высокая влажность, воздействие микроорганизмов – деструкторов. Обсуждается возможность применения метода диэлектрической спектроскопии для диагностики модуля упругости полимерных материалов. Представлены результаты сопоставительного анализа измерений модуля упругости методом диэлектрической спектроскопии с использованием модели ДиМарзио–Бишопа и традиционным методом механических измерений образцов полимерных материалов на разрыв. Показано, что использование модели ДиМарзио–Бишопа для диагностики упругих свойств полярных полимеров требует введения калибровочного коэффициента.
Ключевые слова: диэлектрическая спектроскопия, полимерные материалы, модуль упругости, модель ДиМарзио–Бишопа, упругие деформации полимеров.
Danilaev M. P., Drobyshev S. V., Karandashov S. A., Klabukov M. A., Kuklin V. A., Lunev I. V.
DIELECTRIC SPECTROSCOPY METHOD FOR POLAR POLYMERS ELASTIC PROPERTIES DIAGNOSTICS
pp. 44-50)
Abstract. The mechanical properties of polymer materials are changes under the complex influence of such climatic factors as, for example, solar radiation, temperature changes, high humidity, and the impact of microorganisms – destructors. The methods of non-invasive diagnostics have to be used for changes prediction of the polymers materials products mechanical properties. The dielectric spectroscopy possibility using for diagnosing the modulus of elasticity of polymeric materials is considered in that paper. The results of elasticity modulus investigation by the dielectric spectroscopy using the DiMarzio–Bishop model and the mechanical measurements method are considered and compared in that paper. The results of dielectric and mechanical properties of polymers samples (polymethylmethacrylate, polycarbonate and polyvinylchloride) investigation are considered in that paper. These polymers are polar, so their mechanical properties in the elastic region of deformations can be investigate by dielectric spectroscopy method. This is due to the fact that the elastic deformations of a polymer are determined by the deformation of its macromolecules. It is show, that there are qualitative agreements between results of that measurement and the DiMarzio–Bishop model have to be refinement. The dipoles are represented as a spheres and interaction between dipoles are neglected in the DiMarzio–Bishop model. In our opinion, the interaction between dipoles in polymeric macromolecules is inevitable, and the configuration of dipoles differs from spherical. The necessity of using the calibration coefficient in the DiMarzio–Bishop model is shown by comparing the results of elastic modulus experimental measurements by the mechanical method and the dielectric spectroscopy method. This calibration factor takes into account the average number of dipoles in a macromolecule with a coefficient proportionality ∼6,7⋅10–5.
Keywords: dielectric spectroscopy, polymeric materials, elastic module, DiMarzio–Bishop model, elastic deformation of polymers.
М. П. Данилаев, С. В. Дробышев, С. А. Карандашов, М. А. Клабуков (Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
В. А. Куклин (Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
И. В. Лунев (Казанский федеральный университет, Казань, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
M. P. Danilaev, S. V. Drobyshev, S. A. Karandashov, M. A. Klabukov (Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev – KAI, Kazan, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
V. A. Kuklin (Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev – KAI, Kazan, Russia, Kazan Federal University, Kazan, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
I. V. Lunev (Kazan Federal University, Kazan, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Farah S., Anderson D. G., Langer R. Physical and mechanical properties of PLA, and their functions in widespread applications – a comprehensive review // Advanced drug delivery reviews. 2016. V. 107. P. 367 – 392. DOI: 10.1016/j.addr.2016.06.012
2. Mayya H. B., Pai D., Kini V. M., Padmaraj N. H. Effect of marine environmental conditions on physical and mechanical properties of fiber-reinforced composites: a review // Journal of The Institution of Engineers (India): Ser. C. 2021. V. 102. P. 843 – 849. DOI: 10.1007/s40032-021-00676-w
3. Rosa D. S., Angelini J. M. G., Agnelli J. A. M., Mei L. H. I. The use of optical microscopy to follow the degradation of isotactic polypropylene (iPP) subjected to natural and accelerated ageing // Polymer Testing. 2005. V. 24, No. 8. P. 1022–1026. DOI: 10.1016/j.polymertesting. 2005.07.009
4. ISO 527-1: 2012–Plastics–Determination of Tensile Properties. Part 1. General Principles / International Standards Organization, 2012.
5. DiMarzio E. A., Bishop M. Connection between the macroscopic electric and mechanical susceptibilities // The Journal of chemical physics. 1974. V. 60, No. 10. P. 3802 – 3811. DOI: 10.1063/1.1680822
6. Gainaru C., Hecksher T., Olsen N. B., et al. Shear and dielectric responses of propylene carbonate, tripropylene glycol, and a mixture of two secondary amides // The Journal of Chemical Physics. 2012. V. 137, No. 6. P. 064508. DOI: 10.1063/1.4740236
7. Dı́az-Calleja R., Riande E. Comparative study of mechanical and dielectric relaxations in polymers // Materials Science and Engineering. A. 2004. V. 370, No. 1–2. P. 21 – 33. DOI: 10.1016/j.msea.2003.08.069
8. Евлампиева Н. П., Курмаз С. В., Ильясова Ю. В. Конформационные и кинетические свойства полиметилметакрилатов гиперразветвленной архитектуры в растворах // Вестник Санкт-Петербургского университета. Физика. Химия. 2016. Т. 3, № 3. С. 267 – 278. DOI: 10.21638/11701/spbu04.2016.303
9. Энциклопедия полимеров: в 3 т. / ред. В. А. Каргин, В. А. Кабанов. М.: Сов. энцикл., 1972.
10. Akhmadeev A. A., Bogoslov E. A., Danilaev M. P., et. al. Influence of the thickness of a polymer shell applied to surfaces of submicron filler particles on the properties of polymer compositions // Mechanics of Composite Materials. 2020. V. 56. P. 241–248. DOI: 10.1007/s11029-020-09876-4
11. Danilaev M. P., Drobyshev S. V., Klabukov M. A., et. al. Formation of a polymer shell of a given thickness on surfaces of submicronic particles // Nanobiotechnology Reports. 2021. V. 16. P. 162–166. DOI: 10.1134/S263516762102004X
12. Havriliak S., Negami S. A complex plane analysis of α‐dispersions in some polymer systems // Journal of Polymer Science. Part C. Polymer Symposia. 1966. V. 14, No. 1. P. 99 – 117. DOI: 10.1002/polc.5070140111
13. Pearson J. R. Mechanics of polymer processing. Springer Science & Business Media, 1985.
14. Барон Н. М., Пономарева А. М., Равдель А. А., Тимофеева З. Н. Краткий справочник физико-химических величин / ред. А. А. Равдель, А. М. Пономарева. 10-е изд. СПб.: Иван Федоров, 2003. 240 с.
1. Farah S., Anderson D. G., Langer R. (2016). Physical and mechanical properties of PLA, and their functions in widespread applications – a comprehensive review. Advanced drug delivery reviews, Vol. 107, pp. 367 – 392. DOI: 10.1016/j.addr.2016.06.012
2. Mayya H. B., Pai D., Kini V. M., Padmaraj N. H. (2021). Effect of marine environmental conditions on physical and mechanical properties of fiber-reinforced composites: a review. Journal of The Institution of Engineers (India): Series C, Vol. 102, pp. 843 – 849. DOI: 10.1007/s40032-021-00676-w
3. Rosa D. S., Angelini J. M. G., Agnelli J. A. M., Mei L. H. I. (2005). The use of optical microscopy to follow the degradation of isotactic polypropylene (iPP) subjected to natural and accelerated ageing. Polymer Testing, Vol. 24 (8), pp. 1022–1026. DOI: 10.1016/j.polymertesting. 2005.07.009
4. Plastics–Determination of Tensile Properties. Part 1. General Principles. (2012). International Standard No. ISO 527-1:2012. International Standards Organization.
5. DiMarzio E. A., Bishop M. (1974). Connection between the macroscopic electric and mechanical susceptibilities. The Journal of chemical physics, Vol. 60 (10), pp. 3802 – 3811. DOI: 10.1063/1.1680822
6. Gainaru C., Hecksher T., Olsen N. B. et al. (2012). Shear and dielectric responses of propylene carbonate, tripropylene glycol, and a mixture of two secondary amides. The Journal of Chemical Physics, Vol. 137 (6). DOI: 10.1063/1.4740236
7. Dı́az-Calleja R., Riande E. (2004). Comparative study of mechanical and dielectric relaxations in polymers. Materials Science and Engineering, A, Vol. 370 (1–2), pp. 21 – 33. DOI: 10.1016/j.msea.2003.08.069
8. Evlampieva N. P., Kurmaz S. V., Il'yasova Yu. V. (2016). Conformational and kinetic properties of hyperbranched polymethyl methacrylates in solutions. Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta. Fizika. Himiya, Vol. 3 (3), pp. 267 – 278. [in Russian language]. DOI: 10.21638/11701/spbu04.2016.303
9. Kargin V. A., Kabanov V. A. (Eds.) (1972). Encyclopedia of polymers: in 3 volumes. Moscow: Sovetskaya entsiklopediya. [in Russian language]
10. Akhmadeev A. A., Bogoslov E. A., Danilaev M. P. et. al. (2020). Influence of the thickness of a polymer shell applied to surfaces of submicron filler particles on the properties of polymer compositions. Mechanics of Composite Materials, Vol. 56, pp. 241–248. DOI: 10.1007/s11029-020-09876-4
11. Danilaev M. P., Drobyshev S. V., Klabukov M. A. et. al. (2021). Formation of a polymer shell of a given thickness on surfaces of submicronic particles. Nanobiotechnology Reports, Vol. 16, pp. 162–166. DOI: 10.1134/S263516762102004X
12. Havriliak S., Negami S. (1966). A complex plane analysis of α‐dispersions in some polymer systems. Journal of Polymer Science. Part C. Polymer Symposia, Vol. 14 (1), pp. 99 – 117. DOI: 10.1002/polc.5070140111
13. Pearson J. R. (1985). Mechanics of polymer processing. Springer Science & Business Media.
14. Ponomareva A. M., Ravdel' A. A. (Eds.), Baron N. M., Timofeeva Z. N. (2003). Brief reference book of physical and chemical quantities. 10th ed. Saint Petersburg: Ivan Fedorov. [in Russian language]
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2023.07.pp.044-050
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2023.07.pp.044-050
and fill out the form
.
|
Архив номеров
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»