Эпоксидная смола и полипропилен

В последнее время динамично развивается тенденция использования наноструктурирующих добавок в качестве модификаторов при изготовлении композиционных материалов для различных отраслей промышленности, в том числе авиастроения. Композиционные детали, выполненные по данной технологии, позволяют изготавливать облегченные изделия с повышенными прочностными характеристиками. Свое применение находят и углеродные нанотрубки, графеновые наночастицы, нановолокна.

ООО «Глобал СО» провело изучение использования синтезируемых нами различных углеродных наноматериалов в качестве модифицирующих добавок в современные полимерные материалы в научно-исследовательской работе по теме: «Разработка наномодифицированных полимерных композиционных материалов с повышенными прочностными и технологическими свойствами»

Были получены определенные положительные результаты, говорящие о перспективности применения наших материалов в этой области.

Эффективность применения УНМ определяется рядом факторов, среди которых необходимо отметить природу и свойства модифицируемых полимерных материалов, природу УНМ и способы их равномерного распределения на поверхности и в объеме композиционного материала.

Для проверки были использованы широко применяемые в промышленности как крупнотоннажные, так и малотоннажные полимеры:
- полиэтилен и полипропилен экструзионных марок, применяемые в настоящее время при производстве труб методом экструзии;
- поликарбонат, обладающий комплексом высоких прочностных и теплофизических характеристик, перерабатываемый методом литья под давлением;
- эпоксисодержащие реакционноспособные олигомеры (эпоксидные связующие), применяемые в качестве полимерных матриц для создания конструкционных материалов, применяемых в авиации, автомобилестроении, в качестве высокопрочных покрытий и других областях.

При использовании УНМ для модифицирования полипропилена наблюдалось возрастание ряда прочностных характеристик: разрушающего напряжения при изгибе на 30-80%, ударной вязкости на 15-25% в зависимости от структурной организации и поверхностных свойств УНМ. Количество введенных УНМ составляло от 0,01 до 1 массовых %. Модификация полипропилена позволит расширить номенклатуру изделий, снизить их массу, и, следовательно, стоимость, что, в итоге, приведет к ресурсосбережению и будет иметь большой технико-экономический эффект.

Получены модифицированные поликарбонатные пленки с увеличенной стойкостью к ударным нагрузкам. Наблюдается снижение усадки изделий на 20–25% и повышение микротвердости на 20–30%, что объясняется формированием более регулярных структур с высокой степенью кристалличности в присутствии УНМ и должно привести к повышению стабильности свойств и срока эксплуатации изделий.

Также наблюдается синергетический эффект, при введении углеродных наноматериалов в состав эпоксидных олигомеров, который способствует повышению огнестойкости конечных продуктов на их основе.

Электропроводящие покрытия

В настоящее время прозрачные электроды широко используются при создании элементов солнечных батарей, дисплеев, сенсорных панелей, светодиодов и многих других устройств, в том числе нагревательных элементов. Данные электроды представляют собой прозрачную подложку, в частности стекло, на поверхность которой нанесена тонкая пленка токопроводящего материала. На сегодняшний день в качестве такого материала используется оксид индия, допированный оловом (ITO). Данный материал обладает низким поверхностным сопротивлением (~10-20 Ом/кв) и высокой прозрачностью (~80% при λ=550 нм). К существенным недостаткам ITO относится относительная дороговизна материала, обусловленная сложной технологией производства, хрупкость, низкая прозрачность в ИК-области солнечного спектра, а также ограниченные запасы индия, которые уменьшаются из-за бурного развития электронной промышленности в мире. В связи с этим работы, направленные на разработку технологии получения прозрачных электродов из более доступного и дешевого материала, представляются весьма актуальными. В качестве альтернативного материала ITO активно исследуются тонкопленочные покрытия из УНТ, графена и металлических наночастиц.

ООО «Глобал СО» провело научно-исследовательскую работу по теме: «Разработка электропроводящих покрытий на основе углеродных нанотрубок», и разработало технологию получения электропроводящих светопрозрачных покрытий из углеродных наноматериалов, в том числе с применением металлических наночастиц (серебряных нанонитей).

Для нанесения электропроводящих покрытий из углеродных наноматериалов была разработана технология диспергирования порошков наноматериалов в водных и неводных средах, включающая стадию химической функционализации.

По совокупности свойств (поверхностное сопротивление, светопрозрачность, механическая прочность) разработанные электропроводящие покрытия не уступают современным мировым аналогам.

Разработанные электропроводящие покрытия имеют поверхностное сопротивление менее 500 Ом/кв при светопрозрачности более 80% (при 550 нм).

Электропроводящие покрытия были с успехом использованы в качестве рабочих покрытий прозрачных нагревательных элементов при температурах до 250оС без заметной деградации свойств.

Также были разработаны композиционные металл-углеродные прозрачные электропроводящие покрытия из углеродных нанотрубок и нанонитей серебра. Одним из недостатков нанонитей серебра является их низкая термическая стабильность. При нагревании происходит окисление серебра и потеря электропроводности покрытия, что снижает операционную стабильности материала и делает невозможным его использование в технологии производства прозрачных нагревательных элементов. Использование дополнительной пленки на основе функционализованных УНТ, которая обладает очень плотной структурой, ограничивая тем самым контакт серебра с воздухом, и высокой теплопроводностью, что способствует равномерному распределению тока и выделяющегося тепла по поверхности пленки, позволяет значительно повысить температурный режим работы композиционных покрытий.

Проведенные исследования показали, что композиционные металл-углеродные покрытия сохраняли сопротивление менее 50 Ом при светопрозрачности более 80% до температуры 400оС.

Зависимость поверхностного сопротивления (Rs) и светопропускания при 550 нм (Т) покрытий от температуры: (1) – нанонити серебра Ag; (2) – УНТ/НН Ag