Mechanical Properties of Anisotropic Magnetic Elastomers

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Anisotropic magnetically active elastomers based on polydimethylsiloxane and magnetic particles of different chemical natures, shapes, and sizes have been synthesized. A comparative analysis of their mechanical properties (elastic modulus, strength, and elongation at break) has been performed depending on the mutual orientation of the internal structure, formed by magnetic filler particles during the synthesis of the composite in a magnetic field, and the direction of the external mechanical force applied to stretch the samples. The anisotropy of mechanical properties is most pronounced in composites based on anisometric particles, needle-like and plate-like. The highest values of anisotropy coefficient of elastic modulus are observed in the composite containing plate-like iron microparticles; for this composite, the ratio of the elastic moduli in the directions parallel and perpendicular to the internal structure reaches a value of five. The use of magnetic filler and its orientation by means of magnetic field is an effective method for creating polymer composites with anisotropy of mechanical properties.

About the authors

G. V. Stepanov

Research Institute of Chemistry and Technology of Organoelement Compounds; Faculty of Physics, Moscow State University

Email: kram@polly.phys.msu.ru
119991, Moscow, Russia; 119991, Moscow, Russia

S. I. Kirichenko

Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies (MIREA)

Email: kram@polly.phys.msu.ru
119454, Moscow, Russia

E. E. Makhaeva

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: kram@polly.phys.msu.ru
119991, Moscow, Russia

E. Yu. Kramarenko

Faculty of Physics, Moscow State University

Author for correspondence.
Email: kram@polly.phys.msu.ru
119991, Moscow, Russia

References

  1. Varga Z., Fehér J., Filipcsei G., Zrínyi M. // Macromol. Symp. 2003. V. 200. № 1. P. 93.
  2. Varga Z., Filipcsei G., Zrınyi M. // Polymer. 2005. № 46. P. 7779.
  3. Varga Z., Filipcsei G., Szilágyi A., Zrínyi M. // Macromol. Symp. 2005. V. 227. P. 123.
  4. Hajsz T., Csetneki I., Filipcsei G., Zrinyi M. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2006. № 8. C. 977.
  5. Filipcsei G., Zrínyi M. // Chem. Eng. 2009. V. 53. № 2. P. 93.
  6. Zrínyi M. // Colloids Surf. A. 2011. V. 382. № 1–3. P. 192.
  7. Mitsumata T., Nagata A., Sakai K., Taniguchi T. // Jpn J. Appl. Phys. 2004. V. 43. № 12. P. 8203.
  8. Mitsumata T. Kosugi, Y. Ouchi Sh. // Progr. Colloid Polym. Sci. 2009. V. 136. P. 163.
  9. Ouchi Sh., Mitsumata T. // Transact. Mater. Res. Soc. Jpn. 2009. V. 34. № 3. P. 459.
  10. Farshad M., Benine A. // Polym. Test. 2004. № 23. P. 347.
  11. Coquelle E., Bossis G., Szabo D., Giulieri F. // J. Mater. Sci. 2006. V. 41. P. 5941.
  12. Chokkalingam R., Pandi R.S., Mahendran M. // J. Compos. Mater. 2011. V. 45. № 15. P. 1545.
  13. Ginde J.M., Nichols M.E., Eliea L.D., Tardiff I.L. // Part of the SPIE Conference on Smart Materials Technologies. Newport Beach, California, 1999. V. 3675. № 3. P. 131.
  14. Berasategi J., Salazar D., Gomez A., Gutierrez J., San Sebastián M., Bou-Ali M., Barandiaran, J.M. // Rheol. Acta. 2020. V. 59. P. 469.
  15. Boczkowska A., Awietjan Stefan, Babski K., Wroblewski R., Leonowicz M. // Proc. SPIE 6170. Smart Structures and Materials 2006: Active Materials: Behavior and Mechanics, 2006, 61700R.
  16. Boczkowska A., Awietjan S.F., Wroblewski R. // Smart Mater. Struct. 2007. V. 16. P. 1924.
  17. Boczkowska A., Awietjan S.F. // Mater. Sci. Forum. 2008. V. 587–588. P. 630.
  18. Boczkowska A., Awietjan S.F. // From Kompozyty. 2008. V. 8. № 4. P. 327.
  19. Boczkowska A., Awietjan S. Advanced Elastomers – Technology, Properties and Applications. Microstructure and Properties of Magnetorheological Elastomers / Ed. by A.Boczkowska. 2012. P. 147.
  20. Boczkowska A., Awietjan S.F., Wejrzanowski T., Kurzydłowski K.J. // J. Mater Sci. 2009. V. 44. P. 3135.
  21. Kostrov S.A., Gorodov V.V., Muzafarov A.M., Kramarenko E.Yu. // Polymer Science B. 2022. V. 64. № 6. P. 888.
  22. Chen S.W., Li R., Zhang Z., Wang X.J. // Smart Mater. Struct. 2016. V. 25. № 3. P. 035001.
  23. Zhang W., Gong X.L., Jiang W., Fan Y.C. // Smart Mater. Struct. 2010. V. 19. № 8. P. 085008.
  24. Kumar V., Lee D. // J. Magn. Magn. Mater. 2017. V. 441. P. 105.
  25. Li J., Gong X., Xu Z., Jiang W. // Int. J. Mat. Res. 2008. V. 99. № 12. P. 1358.
  26. Chen L., Gong X.L., Li W.H. // Smart Mater. Struct. 2007. V. 16. № 6. P. 2645.
  27. Nam T.H., Petríková I., Marvalová B. // Polym. Test. 2020. V. 81. P. 106272.
  28. Lu X., Qiao X., Watanabe H., Gong X., Yang T., Li W., Sun K., Li M., Yang K., Xie H., Yin Q., Wang D., Chen X. // Rheol. Acta. 2012. V. 51. № 1. P. 37.
  29. Tao Li, Ali Abd El-Aty, Cheng Cheng, Yizhou Shen, Cong Wu, Qiucheng Yang, Shenghan Hu, Yong Xu, Jie Tao, Xunzhong Guo // Journal of Renewable Mater. 2020. V. 8. № 11. P. 1411.
  30. Boczkowska A., Awietjan S.F. // Mater. Sci. Forum. 2010. V. 636–637. P. 766.
  31. Tian T., Nakano M. // J. Intell. Mater. Syst. Struct. 2018. V. 29. № 2. P. 151.
  32. Moucka R., Sedlacik M., Cvek M. // Appl. Phys. Lett. 2018. V. 112. № 12.
  33. Mietta J.L., Jorge G., Perez E., Maeder Th., Negri M. // Sensors Actuators A. 2013. V. 192. P. 34.
  34. Mietta J.L., Jorge G., Negri R.M. // Smart Mater. Struct. 2014. V. 085026. № 23.
  35. Butera A., Álvarez N., Jorge G., Ruiz M.M., Mietta J.L., Negri R.M. // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. № 14. P. 1.
  36. Deng H., Gong X. // Commun.Nonlinear Sci. Numerical Simul. 2008. V.13. №9. P.1938.
  37. Landa R.A., Antonel P.S., Ruiz M.M., Perez O.E., Butera A., Jorge G., Oliveira C.L.P., Negri M. // J. Appl. Phys. 2013. V. 114. № 21. P. 213912.
  38. Schümann M., Seelig N., Odenbach S. // Smart Mater. Struct. 2015. V. 24. № 10. P. 105028.
  39. Zhang R., Li Z., Chen S. W., Wang X. J. // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2015. V. 87 (1).
  40. Zhang W., Gong X.L., Chen L.A. // J. Magn. Magn. Mater. 2010. V. 322. № 23. P. 3797.
  41. Miedzinska D., Slawinski G., Niezgoda T., Boczkowska A. // Solid State Phenomena. 2012. V. 183. P. 125.
  42. Komarov P.V., Khalatur P.G., Khokhlov A.R. // Polym. Adv. Technol. 2021. V. 32. P. 3922.
  43. Ivaneyko D., Toshchevikov V., Saphiannikova M. // Polymer. 2018. V. 147. P. 95.
  44. Chougale S., Romeis D., Saphiannikova M. // Materials. 2022. V. 15. P. 645.
  45. Dohmen E., Kraus B. // Polymers. 2020. V. 12. P. 2710.
  46. Chougale S., Romeis D., Saphiannikova M. // Materials. 2022. V. 15. P. 645.
  47. Stepanov G.V., Borin D.Yu., Kramarenko E.Yu., Bogdanov V.V., Semerenko D.A., Storozhenko P.A. // Polymer Science A. 2014. V. 56. № 5. P. 603.
  48. Попов В.В., Степанов Г.В., Горбунов А.И., Левина Е.Ф. // Хим. пром-сть сегодня. 2004. № 4. С. 24.
  49. Степанов Г.В., Попов В.В., Левина Е.Ф., Горбунов А.И. // Хим. пром-сть сегодня. 2004 № 10. С. 10.
  50. Пат. 2000302. Россия. Опубл. 07.09.1993.
  51. Эриксон П., Плюдеман Э. Поверхность раздела в полимерных композитах. М.: Мир, 1978. Т. 6. С. 11.
  52. Общая органическая химия / Под ред. Д. Бартона и У.Д. Оллиса. М.: Химия, 1984. Т. 6. С. 94.
  53. Брагинский Г.И., Тимофеев Е.Н. // Технология магнитных лент Под. ред. Г.И. Лозневого. Л. : Химия, Ленингр. отд., 1987. Раздел 6. 3. 4. С. 263.
  54. Bastola Anil K., Mokarram Hossain // Composites B. 2020. V. 200. P. 108348.
  55. Nam T.H., Petríková I., Marvalová B. // Polym. Test. 2020. V. 81. P. 106272.
  56. Chertovich A.V., Stepanov G.V., Kramarenko E.Y., Khokhlov A.R. // Macromol. Mater. Eng. 2010. V. 295. № 4. P. 336.
  57. Shamonin M., Kramarenko E.Y. // Novel Magnetic Nanostructures. Elsevier, 2018. P. 221.
  58. Kramarenko E.Yu., Stepanov G.V., Khokhlov A.R. // INEOS OPEN. 2019. V. 2. № 6. P. 178.

Supplementary files


Copyright (c) 2023 Г.В. Степанов, С.И. Кириченко, Е.Е. Махаева, Е.Ю. Крамаренко

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».