Название разработки (технологии) Нанокомпозиционный материал на основе фенолоформальдегидной смолы, эпоксидной смолы, полистирола Описание разработки (технологии) Метод распределения наночастиц в мономере (фенолоформальдегидная смола), олигомере (эпоксидная смола) и полимере (полистирол) позволяет добиться равномерного распределения в полимерной матрице, что приводит к увеличению механических (возрастание модуля упругости), теплофизических (увеличение температуры начала деструкции на 50 C), улучшение электрофизических характеристик материала. Преимущества технологии (разработки) по сравнению с Меньший расход дорогостоящих наночастиц на основе углерода мировыми аналогами при возникновении перколяционного слоя. Области применения в реальном секторе экономики Использование в качестве связующего в композиционных материалах обладающих, которое увеличивает экранирующие свойства материала микроволновом частотном диапазоне (26 -37 ГГц) и в низкочастотной области (20 Гц – 1 МГц) Степень внедрения разработки (технологии) Исследование механических и электрофизических свойств в рамках ГПНИ 6. 23. Проработка испытаний совместно с ОАО "Полоцк-Стекловолокно" композиций на основе эпоксидной смолы и углеродных нанотрубок Экономические преимущества разработки (технологии) Не известно, поскольку на сегодняшний в открытом доступе Защищенность патентом Нет Ориентировочная стоимость Данный вопрос не прорабатывался Предлагаемые формы сотрудничества с зарубежными Совместные исследования и публикации партнерами Контактное лицо Любимов Александр Геннадьевич, кафедра ТНСи. ППМ, +375447195253
Этапы получения нанокомпозиционного материала на основе полистирола
Диспергирование наночастиц в мономере В результате проведенных исследований определено: - Диспергирование лучше проводить объединив ультразвук и механическое перемешивание. При диспергировании только ультразвуком значительная часть наночастиц оседает на стенках сосуда. - Диспергирование проводить при температуре 0°C. При диспергировании выше 0°C происходит налипание частиц на волновод. - Навеска наночастиц вводится не вся сразу, а порциями. При введении сразу всей навески усложняется процесс разрушения агломератов.
Синтез полистирола Синтез суспензионным методом Синтезированные гранулы ПС + 0, 5 % MWCNT Измельчение необходимо для получения однородной насыпной плотности материала для дальнейшего процесса компаундирования В результате проведенных исследований определено: - С увеличение концентрации наночастиц в мономере необходимо большее количество инициатора (в настоящий момент ведутся исследования по объяснению данного явления) - Синтез в эмульсии позволяет добиться лучшего распределения наночастиц в полимерной матрице, однако применение эмульгаторов резко снижает электрофизические характеристики материала за счет экранирования наночастиц. Работы ведутся совместно с НИЯП, задание ГПНИ 6. 23 «Физико-химические основы создания новых радиопоглощающих материалов на основе полимерных композиционных материалов с нано- и микроуглеродными включениями»
Получение компаунда Компаунд: ПС + 0, 5 % MWCNT
Получение экспериментальных образцов 0, 03 мас. % MWCNT 0, 5 мас. % MWCNT 2 мас. % MWCNT
Определение характеристик материала 100 Пропускание, % 95 По результатам ИК-спектроскопии синтезированный полистирол имеет такое же химическое строение как и промышленный полистирол общего назначения. Нанокомпозиты на основе полистирола имеют такое же химическое строение 90 85 80 75 70 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 Волновое число, см-1 промышленный полистирол синтезированный полистирол 95 95 Пропускание, % 100 90 85 80 75 70 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 Волновое число, см-1 GNP 0, 03 % GNP 0, 5 % GNP 2 % 800 400 90 85 80 75 70 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 Волновое число, см-1 MWCNT 0, 03 % MWCNT 0, 5% MWCNT 2%
100 Масса, % 80 60 40 20 0 0 100 200 300 Температура, С Промышленный полистирол 400 500 Синтезированный полистирол Более высокая термостойкость промышленного полистирола по сравнению с синтезированным связана с тем, что промышленный полистирол имеет более высокую молекулярную массу, а также он содержит промышленные термостабилизаторы. Из результатов термогравиметрии видно, что даже незначительное количество наночастиц в составе полимерной матрицы увеличивает термостабильность материала примерно на 50°C. Дальнейшее увеличение содержания наночастиц в полимере не оказывает значительного влияния на термостабильность. Увеличить термостабильность возможно при ведении синтеза в инертной среде и более точном контроле температуры, что позволит получить полимер с более высокой молекулярной массой. 95 90 90 Масса, % 100 95 Масса, % 100 85 80 75 75 70 70 100 0, 03 % GNP 200 300 Температура, С 400 0, 5 % GNP Синтезированный полистирол 100 0, 03 % MWCNT 200 300 Температура, С 400 0, 5 % MWCNT Синтезированный полистирол
Ударная вязкость, к. Дж/м 2 7 6 5 4 3 2 0 0. 5 1 1. 5 Концентрация, мас. % ГНП 50 Модуль Юнга, ГПа Напряжение при изгибе, МПа МУНТ 2 Исходя из результатов исследования можно сделать заключение, что имеется оптимальная концентрация наночстиц в полимере, выше которой происходит снижение механических характеристик материала. Эта концентрация зависит от природы наночастиц (GNP или MWCNT), а также от их распределения по объему полимерной матрицы. Вероятно при большой концентрации наночастиц (2 мас. %) из-за большой удельной поверхности не хватает полимера, для получения монолитного материала. Также возрастает вероятность образования агломератов наночастиц, которые могут являться концентраторами напряжений. 40 30 20 3. 2 3 2. 8 2. 6 2. 4 2. 2 2 10 0 0. 5 1 1. 5 Концентрация, мас. % МУНТ ГНП 2
Частотная зависимость диэлектрической проницаемости (слева) и удельной проводимости (справа) композиционных материалов на основе диэлектрической матрицы (полистирол) с добавлением различных концентраций МУНТ (а) и ГНП (б).
Скачать презентацию Название разработки технологии Нанокомпозиционный материал на основе фенолоформальдегидной
результаты исследования.pptx