10 марта 2016г.
Введение.
На сегодняшний день полимерные материалы широко используются в подавляющем числе отраслей промышленности и народного хозяйства. Существенно улучшить эксплуатационные свойства полимеров позволяет создание на их основе полимерных композиционных материалов. Одним из перспективных направлений в этой области является создание полимерных композитов на основе углеродных нанотрубок (УНТ), которые были открыты в 1991году. Уникальная структура УНТ обеспечивает им несравнимые значения прочности при малом удельном весе. Такие свойства УНТ с учетом того, что их диаметр составляет всего несколько нанометров, а длина – от единиц до сотен микрон, обуславливают возможность создания композиционных материалов с высокими значениями радиопоглощения, электропроводности, расширенным интервалом рабочих температур и некоторыми специальными свойствами, в частности физико-механическими.
Для наибольшей эффективности ввода УНТ необходимо их равномерное распределение по всему объему матрицы полимера, что представляет собой определенную проблему при практической реализации. Причина этого заключается в недостаточно высокой адгезии полимера к поверхности УНТ. В следствие специфичного строения УНТ образуют агломераты, т.е. склонны к неравномерному распределению в полимере, а графеновая поверхность нанотрубки может образовывать лишь слабые Ван-дер-Ваальсовые связи с полимерной матрицей. Наиболее перспективным путем для решения указанных выше проблем является использование функционализированных УНТ (фУНТ) путем химических превращений, ведущих к образованию активных функциональных групп на поверхности нанотрубок, которые способны образовывать ковалентные связи с макромолекулами, что обеспечивает их равномерное распределение в объеме полимера и высокую адгезию последнего к нанотрубкам.
Практическая часть.
В качестве полимерной матрицы использовали полиуретан, который образуется в результате конденсации изоцианатных и гидроксильных групп.
nOCN-R-NCO + nHO-R’-OH→ OCN[-R-N(H)-C(O)-O-R’-]nOH
Был взят дифенилметандиизоцианат (MDI) (компонент Б) с добавлением определенных активных компонентов. Донором гидроксильных групп (компонент А) являлся полиол (Байдур 31).
В качестве модифицирующей добавки использовали УНТ функционализированные амино группами, которые вводились в компонент Б ультразвуковым диспергированием. Полученную дисперсию смешивали с компонентом А в пропорции: компонент А компонент Б = 1,8: 1 Содержание фУНТ составляло 0.005%.Образцы получали заливкой в фторопластовые формы.
Испытания проводили на разрывной машине ZwickRoellZ005. Эталонный образец не содержал УНТ. Для каждого состава композита измеряли не менее 20 образцов.
Результаты и обсуждение.
Деформационные кривые представлены на Рисунке 1. Экспериментальные зависимости разрушающего напряжения от удлинения (Рисунок 1) имеют экстремальный характер. На Рисунке 1 отчетливо видно, что при внедрении фУНТ в полимерную матрицу композита, происходит увеличение прочности образцов полиуретана более чем в 2 раза, деформация при разрыве практически не менялась.
Данное различие в свойствах
объясняется тем, что введение фУНТ структурируют полимерную матрицу, что приводит к увеличению разрывного напряжения композита.
Вывод.
Введение микроколичеств фУНТ, содержащих амино группы,
приводит к увеличению
прочностных характеристик полиуретанового композита.
Список литературы
1.
Xia, H. Preparation of CNT/polypropylene composite powder with a solid state mechanochemical pulverization process / H. Xia, Q. Wang, K. Li, G.H. Hu // Journal of Applied Polymer Science.
– 2004. – V. 93. – P. 378–386.
2.
Ghose, S. High temperature resin carbon nanotube composite
fabrication / S. Ghose, K.A. Watson, K.J. Sun et al. //
Composites Science and Technology.
– 2006. – V. 66. – P. 1995–2002.
3.
Haggenmueller, R.
Aligned single-wall carbon nanotubes
in
composites
by melt
processing
methods
/
R. Haggenmueller, H.H. Gommans, A.G. Rinzler et al. // Chemical Physics
Letters. – 2000. – V. 330. – P. 219–225.
4.
Jin, Z.
Dynamic mechanical behavior of melt-processed multiwalled carbon nanotube/poly(methyl methacrylate) composites / Z. Jin, K.P. Pramoda,
G. Xu, S.H. Goh // Chemical Physics Letters.
– 2001. – V. 337. – P. 43–47.
5.
Treacy, M.M.J. Exceptionally high Young’s
modulus observed
for individual carbon nanotubes / M.M.J. Treacy, T.W. Ebbesen, J.M. Gibson // Nature. – 1996. – V. 381. – P.
678–680.
6.
Yu, M.F. Strength and breaking
mechanism of multiwalled carbon nanotubes under tensile
load / M.F. Yu, O. Lourie,
M.J. Dyer et al. // Science. – 2000. – V. 287. – P.
637–640.
