Властивості нанокомпозиту на основі епоксидної смоли з присадкою графена

Введення нановуглецевих структур в якості присадки до полімерних матеріалів надає утворюється композитам нові властивості. Навіть невеликої кількості такої присадки (на рівні відсотка) може виявитися достатнім для якісного зміни властивостей композиту. Так, в результаті введення менше 1% вуглецевих нанотрубок (ВНТ) в полімерний матеріал провідність композиту зростає більш ніж на 10 порядків величини. При цьому спостерігається також зростання коефіцієнта теплопровідності (на 2-3 порядки) і модуля пружності (на десятки відсотків). Настільки значна зміна характеристик композитного матеріалу в результаті введення нановуглецевих присадок зумовлено надзвичайно високими значеннями електричних, механічних і теплофізичних параметрів цих матеріалів. Такими ж особливостями, поряд з УНТ, володіють і шари графену, що являють собою двовимірну гексагональну решітку, утворену атомами вуглецю. Тому графен, так само як і УНТ, використовується в експериментах по модифікації електричних, механічних і теплофізичних властивостей полімерних матеріалів.

Один з таких експериментів виконаний нещодавно групою дослідників [1] (Тайвань, Швейцарія, Англія). В якості матеріалу присадки використовували графенові пластівці, отримані в результаті обробки частинок нанокристалічного графіту концентрованої азотної і сірчаної кислотою. Отриманий після обробки порошок промивали дистильованою водою, а потім просушували протягом 3 год при 100 ° с. Подальший різкий нагрів порошку до 1000оС приводив до 50-100-кратного збільшення обсягу матеріалу і зниження його щільності до рівня ~ (3-5)х10-3 г/см3. Цей матеріал складався з графенових пластин (ДП). З метою забезпечення хорошого сполучення присадки з полімерною матрицею та видалення металевих частинок каталізатора пластини протягом 24 год обробляли 9М розчині азотної кислоти, що призводило до функціоналізації графена радикалами карбоксила. В подальшому карбоксильні групи заміщали амінними радикалами. В якості полімерної матриці використовували епоксидну смолу, а в якості затверджувача – ароматичний діамін.

Для видалення бульбашок і залишків розчинника зразки композиту ДП/полімер різного складу з додаванням 20% (по масі) затверджувача піддавали механічному перемішуванню з подальшою вакуумною обробкою при 40оС. Результати вимірювань залежності твердості і модуля пружності зразків від вмісту присадки показано на рис. 1.

Рис. 1. Залежності твердості (а) і модуля пружності (b) зразків композиту від змісту ДП (мас. %)

Рис. 2. Залежність коефіцієнта теплопровідності композиту від змісту ДП (мас. %)

На рис. 2 наведена залежність коефіцієнта теплопровідності композиту від змісту присадки. Як видно, спостерігається нелінійне зміна параметрів композиту (10-30 %) при відносно невеликому вмісті присадки (на рівні 1%). Немонотонний характер залежності механічних характеристик композиту від змісту присадки зумовлений, на думку авторів, агрегацією графенових пластин, знижує ступінь однорідності матеріалу і проявляється при підвищених вміст присадки.

А. Єлецький

1. S. Chattejee et al., Chem. Phys. Lett. 531, 6 (2012).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *