Скачать с ютуб 16. А.В. Крестинин. Эффективность применения углеродных нанотрубок в упрочнении полимеров в хорошем качестве

16. А.В. Крестинин. Эффективность применения углеродных нанотрубок в упрочнении полимеров

2 июня 2022 г. состоялось 16-е заседание междисциплинарного научного семинара "КОМПОЗИТЫ: технологии создания, исследование и оптимизация свойств, моделирование, применение". Доклад "ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК В УПРОЧНЕНИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ ПОЛИМЕРОВ" сделал А.В. Крестинин, дфмн, внс Института проблем химической физики РАН Аннотация Известно, что прочность большинства полимеров конструкционного назначения не превышает 100–150 МПа, а модуль упругости Юнга – 3–4 ГПа. По мнению многих ведущих ученых, дальнейшее улучшение механических свойств полимеров за счет дизайна химической структуры молекул не является перспективным. Это заставляет исследователей искать другие способы улучшения упруго-прочностных характеристик конструкционных полимеров, среди которых наиболее перспективным в настоящее время считается переход от полимеров к нанокомпозитам. В качестве упрочняющей малой добавки в полимер особое внимание уделяют углеродным нанотрубкам (УНТ) благодаря наличию у них совокупности замечательных механических, электрических и термических свойств. Процессы производства УНТ в последние десятилетия были существенно усовершенствованы, а некоторые из них масштабированы так, что однослойные и многослойные УНТ высокого качества стали доступны в промышленных количествах. Таким образом, можно считать, что в настоящее время формируется сырьевая база для промышленного применения УНТ в технических приложениях, что дает дополнительный стимул для изучения механических свойств полимерных нанокомпозитов с УНТ, а также оценки перспективности их практического применения. Однако в настоящее время не существует математических моделей, которые могли бы предсказывать количественно, т.е. с точностью, необходимой в технических приложениях, механические характеристики нанокомпозита на основе данных о его составе и некоторых (пока неизвестно каких) характеристиках отдельных компонентов. Важным остается ответ на вопрос: насколько можно улучшить механические свойства полимеров путем введение в них УНТ и насколько далеко от этого верхнего предела находятся достигнутые к настоящему времени экспериментальные результаты? Данная работа была делана в попытке ответить на эти вопросы, которые прямо связаны с ответом на вопрос о готовности результатов НИР по нанокомпозитам для перехода к практическому применению. С этой целью введен показатель эффективности использования углеродных нанотрубок (УНТ) в нанокомпозите как отношение нагрузки, которую несут нанотрубки при заданной средней деформации матрицы, к максимально-возможной нагрузке, которая может быть передана на нанотрубки при этой деформации. Проведен обзор наилучших опубликованных результатов по упрочнению полимеров с оценкой эффективности в них УНТ. Анализ данных, приведённых в литературе, показал, что в полимерах верхняя граница эффективности УНТ достигается, если внутри полимера образуется сетка связанных друг с другом нанотрубок. Такая сетка может формироваться путем интегрирования нанотрубок в полимерную матрицу через ковалентное связывание нанотрубок молекулярными мостиками либо за счет физических зацеплений нанотрубок между собой. В термопластичных кристаллизующихся полимерах верхняя граница эффективности УНТ достигается также за счет увеличения степени кристалличности и улучшения микроструктуры полимера, в том числе с применением ориентационной вытяжки нанокомпозита. НИР по полимерному нанокомпозиту с УНТ можно считать успешно выполненным, если в нем достигнута эффективность нанотрубок вблизи верхнего предела или выше его (за счет дополнительных эффектов). СОДЕРЖАНИЕ ДОКЛАДА 1. Сформулирован критерий эффективности работы УНТ в нанокомпозите. 2. Дан обзор лучших результатов по упрочнению термореактивных и термопластичных полимеров введением УНТ. Выделены случаи, когда УНТ достигают максимума эффективности в нанокомпозитах. 3. Показано, что модель запаздывающего сдвига непригодна для описания работы УНТ с предельно высокой эффективностью в полимерной матрице. Дано объяснение за счет чего в этом случае достигается предел увеличения модуля упругости нанокомпозита с УНТ. 4. Кратко рассмотрены особенности производства УНТ-наномодификаторов для полимеров из коммерческих первичных продуктов синтеза углеродных нанотрубок российского производства. 5. Выделены наиболее перспективные для практической реализации результаты НИР по нанокомпозитам с УНТ. (1) Углеволокнистые композиты с наномодифицированным эпоксидным связующим. Дана оценка эффекта применения УНТ в этом случае. (2) Пленка из нанокомпозита УНТ/кристаллизующийся полиимид с ориентационной вытяжкой.