Лишних М.А.
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИТОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ *
Аннотация:
в данной статье рассматриваются проблемы и перспективы применения наноматериалов при модификации эпоксидной смолы, описываются свойства новых материалов, приводится сравнение с уже существующими материалами
Ключевые слова:
наноматериалы, эпоксидная смола, нанокомпозит, эпоксидный нанокомпозит
В настоящее время приоритетным направлением развития промышленности является разработка новых материалов или совершенствование уже используемых. Одним из самых перспективных, с точки зрения распространенности и большого числа потенциальных применений, материалов является эпоксидная смола. Благодаря своим характеристикам, таким как высокая прочность на растяжение, высокая жесткость, исключительные электрические характеристики и отличная химическая устойчивость эпоксидная смола является основным материалом, используемым при формовании интегральных схем, транзисторов и гибридных схем, а также при изготовлении печатных плат. Эпоксидная смола также используется при изготовлении конденсаторов, диодов и транзисторов. В автомобильной промышленности эпоксидная смола в основном используется в качестве клея. Однако, эпоксидная смола демонстрирует низкую электропроводность, а высокая плотность сшивания мономеров снижает ударную вязкость и ударопрочность, что делает ее уязвимой для микротрещин, возникающих в процессе эксплуатации, и ограничивает область ее применения. Модификация эпоксидной смолы наноматериалами могла бы нивелировать недостатки материала. Добавление нанонаполнителя в эпоксидную матрицу - эффективный способ изготовления современных материалов, сочетающих в себе преимущества как эпоксидной смолы, так и углеродных наноматериалов. Такие нанокомпозиты привлекают большое внимание как в академической, так и в промышленной областях из-за большого числа их потенциальных применений. Основной отличительной характеристикой нанонаполнителей является то, что по крайней мере одно объемное измерение материала является наноразмерным (обычно 1-100 нм). При размере менее 100 нм материалы начинают отличаться по своим характеристикам от макроматериалов благодаря эффекту квантового запирания. Еще одна важная особенность наноматериалов - высокая доля атомов на их поверхности, что может влиять на длину связи в кристаллах, а также на механические, электрические и термические свойства. Для улучшения механических свойств, электропроводности, теплопроводности, магнитных, оптических характеристик и огнестойкости эпоксидной смолы используются различные нанонаполнители и добавки, например наночастицы железа и оксида железа, углеродные нановолокна, графен, полианилин, диоксид кремния, оксид цинка и оксид алюминия. Среди различных нанонаполнителей для получения высокоэффективных эпоксидных нанокомпозитов углеродные наноматериалы более привлекательны благодаря своим уникальным физическим свойствам. В последние годы нанонаполнители на основе углерода широко изучались с целью улучшения свойств эпоксидной матрицы. Исследование показало, что свойства полученных композитов сильно зависят от количества добавленных наноматериалов. [1] Характеристики композита значительно улучшаются, если достигается равномерное диспергирование углеродных нанонаполнителей в матрице и прочное межфазное соединение между матрицей и наполнителем. Слабое межфазное соединение ограничивает передачу нагрузки от эпоксидной матрицы к наполнителям. Следовательно, сильное межфазное соединение и дисперсия наполнителей до однородного состояния имеют решающее значение для максимального усиления. Так же, при модификации эпоксидной смолы следует учитывать концентрацию нанонаполнителя и степень его чистоты. Варьируя все эти параметры, можно получать прямо противоположные результаты [2]. Однако углеродные наноматериалы обычно имеют тенденцию повторно образовывать крупные агломераты из-за силы Ван-дер-Ваальса и большой площади поверхности, что ограничивает их применение в полимерных нанокомпозитах. Чтобы преодолеть эти проблемы, применяется ультразвуковая обработка, смешивание с большими сдвиговыми усилиями, поверхностноактивные вещества, химическая обработка с использованием слабых кислот и функционализация. Для исследования влияния различных материалов и способов модификации смолы используется различное оборудование, в первую очередь спектрометр ИК-Фурье. Данное оборудование позволяет измерять спектры излучения и поглощения, анализируя которые, можно исследовать процессы, которые протекают в модифицированной нанонаполнителем эпоксидной смоле. Разработка высокоэффективных эпоксидных смол на основе углеродных наноматериалов привлекает все больший интерес исследователей, хотя ряд проблем все еще требуют решения. В настоящее время важными вопросами для изучения являются механические, электрические и магнитные, теплопроводные и огнезащитные свойства углеродных нанокомпозитов. Улучшение характеристик эпоксидных композитов на основе углеродных наноматериалов в основном зависит от трех основных факторов: внутренних свойств наполнителей, дисперсности наполнителей и взаимодействия между наполнителями и эпоксидной смолой. Однако необходимо дальнейшее изучение того, как улучшить взаимодействие между углеродными материалами и эпоксидной матрицей, а также влияние ориентации частиц наполнителя в эпоксидной смоле [3]. Наиболее популярной технологией изготовления эпоксидного композита является литье. Вязкость композитов, используемых для формования, должна быть низкой, чтобы гарантировать качество продукции. Углеродные наноматериалы могут улучшить многие свойства эпоксидной смолы. Однако они значительно увеличивают вязкость композитов, что может повлиять на их обработку. Ключевым моментом является влияние углеродных наноматериалов на температуру стеклования, реакцию отверждения и соответствующую степень отверждения эпоксидных композитов. Исследование гибких, полугибких и жестких сшитых эпоксидных смол имеет большое значение. Также необходимо изучить влияние длины, ширины и толщины углеродных наноматериалов. Из-за растущих экологических проблем разработка эпоксидного мономера или олигомера на биологической основе, полученного из возобновляемых источников, для замены традиционной эпоксидной смолы является одним из важных направлений. Безвредной для окружающей среды эпоксидной смолой можно считать перерабатываемую эпоксидную смолу, мономерные цепи которой можно отделить от эпоксидной сетки при определенных условиях. Этот вид эпоксидной смолы можно перерабатывать, как термопластичные полимерные материалы. Более того, водоразбавляемая эпоксидная смола является своего рода экологически чистым материалом, особенно в области покрытий. Свойства этой экологически чистой эпоксидной смолы в композите с углеродными материалами требуют дальнейшего изучения.
Номер журнала Вестник науки №5 (38) том 1
Ссылка для цитирования:
Лишних М.А. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИТОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ // Вестник науки №5 (38) том 1. С. 132 - 137. 2021 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/4402 (дата обращения: 25.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2021. 16+