Полимерные композитные наноматериалы

1.

Факультет «Химической технологии и биотехнологии»
Кафедра «Аппаратурное оформление и автоматизация технологических производств имени профессора
М.Б.Генералова»
Тема: «Полимерные композитные наноматериалы»
Специальность: 18.05.01 «Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий»
Студент группы 191-531
Мукарамов А.Р.
Руководитель работы
Трутнев Н.С.
Москва 2024 г.

2.

Содержание:
1.Введение……………………………………………………………3
2.Основная часть……………………………………………………..4
1.1. Определение композитных материалов………………………..4
1.2. Структура композитных материалов…………………………...5
1.3. Виды композитных материалов…………………………………6
1.4. Применение композитных материалов…………………………10
1.5. Выбор полимерного композитного материала…………………10
2.1. Наноматериалы и их типы……………………………………….11
2.2.Определение нанокомпозитов…………………………………...12
2.3. Технология получения композита с наноматериалами. Метод получения полимерных нанокомпозитов в расплаве…………………………….12
2.4. Применение в различных отраслях……………………………..13
2.5. Выбор полимерного композитного наноматериала……………13
3.Сравнение композитных материалов и композитных наноматериалов…………………………………………………………………….14
3.Заключение……………………………………………………………... ....14
4.Список литературы…………………………………………………….......16

3.

Цель данной работы заключается в проведении
сравнительного
анализа
между
традиционными
полимерными композитами и современными полимерными
композитными
наноматериалами.
Путем
анализа
и
сопоставления свойств этих материалов будут выявлены
преимущества
последних.
В
дальнейшем
будут
рассмотрены основные аспекты композитных материалов и
композитных наноматериалов, а также их перспективы
применения в различных отраслях.

4.

1.1. Определение композитных материалов
Композитными называют материалы, полученные из двух или более компонентов и состоящие из двух или
более фаз. Один компонент (матрица) образует непрерывную фазу, другой является наполнителем.

5.

1.2. Структура композитных материалов
По механической структуре композиты делятся на несколько основных классов [3]:
1) волокнистые
2) слоистые
3) упрочненные частицами
4) дисперсноупрочненные
5) нанокомпозиты

6.

1.3. Виды композитных материалов:
1)Органопластики
2) Стеклопластики
3) Углепластики

7.

8.

1.4. Применение композитных материалов
Композитные материалы уже сейчас используются
практически во всех областях производства. Их применяют:
в строительстве; производстве безопасных и
бронированных стекол для транспортных средств, витрин и
дверей; медицинских протезов; покрытий для кухонных
столов и основы для электронных плат; деталей и корпусов
бытовых приборов; оконных рам и многого другого.

9.

1.5. Выбор полимерного композитного материала
В качестве традиционного полимерного композита для проведения дальнейшего сравнительного анализа мною был
выбран эпоксидный композит (с наполнением из стали).
Характеристики [7]:
Показатель прочности на сжатие (+ 25 °С)
110
Вязкость
20.000 мПа∙с
Удельная масса смеси
2.3 гр / см^3
Макс. толщина слоя за один рабочий процесс
10 мм
Модуль Юнга(+25°C)
5.000 -5.500МПа
Объемная усадка при отверждении
0,02%
Твердость по Шору (+25°C)
90
Устойчивость формы до
65°C

10.

2. Основные сведения о композитных наноматериалах
2.1. Наноматериалы и их типы
Наноматериалы — материалы, созданные с использованием наночастиц и/или посредством нанотехнологий,
обладающие какими-либо уникальными свойствами, обусловленными присутствием этих частиц в материале. К
наноматериалам относят объекты, один из характерных размеров которых лежит в интервале от 1 до 100 нм. [8]

11.

2.2. Определение нанокомпозитов
Нанокомпозиты – это материалы, полученные в процессе введения наноразмерных частиц(наполнителей) в
полимерную матрицу. Они отличаются от обычных наполненных композитов, тем, что наночастица
характеризуется размером в нанометрическом диапазоне(1-100нм) и значительно более развитой площадью
поверхности. [11]

12.

2.3. Технология получения композита с наноматериалами. Метод получения полимерных нанокомпозитов в
расплаве. [9]
Данный метод состоит в смешении расплавленного полимера с частицами органомодифицированного
глинистого материала. Получение полимерного нанокомпозита в процессе синтеза самого полимера заключается в
интеркалировании мономера в слои глины. Мономер мигрирует сквозь галереи органоглины и полимеризация
происходит внутри слоев. Реакция полимеризации может быть инициализирована нагреванием, излучением или
соответствующим инициатором.

13.

2.4. Применение в различных отраслях:
1) В автомобилестроении
2) В медицине
3) В приборостроении
4) В компьютерной индустрии

14.

2.5.
Выбор
полимерного
композитного
наноматериала
В качестве полимерного композитного наноматериала
для проведения дальнейшего сравнительного анализа
мною был выбран наномодифицированный эпоксидный
композит (с наночастицами оксида алюминия).
Известные характеристики [15]:
Показатель прочности на сжатие: при t=20°С 135,7
МПа
Показатель прочности на сжатие: при t=100°С 52.7
МПа
Показатель прочности на сжатие при 150°С 28.7 МПа

15.

3. Сравнение композитных материалов и композитных наноматериалов
Сравнивая известные характеристики эпоксидного композита и
наномодифицированного эпоксидного композита, можем сделать вывод, что
введение наночастиц оксида алюминия в полимерную матрицу в значительной
степени сказывается на показатель прочности на сжатие. Так, согласно
результатам испытаний прочность и относительное удлинение материала растут
в 1,5-2 раза (увеличение показателя прочности на сжатие: при t=20°С с 116,5 до
135,7 МПа, на 16,5%; при t=100°С с 32,5 до 52,7 МПа, на 62,5%; а при t=150°С с
11,3 до 28,7 МПа, на 153,7% соответственно). [15]

16.

Сравнительный анализ:
В результате сравнительного анализа выявлено, что композитные наноматериалы проявили себя более
эффективными по сравнению с традиционными композитами. При добавлении наномасштабных частиц, таких
как наночастицы оксида алюминия, в полимерную матрицу композита, достигается улучшение одного из
ключевых свойств - показателя прочности на сжатие.
Перспективы применения композитных наноматериалов:
Обнаруженные улучшения в свойствах композитных наноматериалов делают их многообещающими для
широкого спектра применений, включая автомобильную промышленность, электронику и медицину.
Уникальные свойства наноматериалов предоставляют возможности для создания более легких, прочных и
функциональных конструкций, что содействует развитию инновационных технологий.
Вывод:
На основе проведенного анализа можно с уверенностью заключить, что композитные наноматериалы
предоставляют новые перспективы и возможности для улучшения технических характеристик материалов. Их
использование в инженерных и технических приложениях открывает перед нами перспективные горизонты, создавая
основу для будущего развития передовых технологий и материалов.

17.

Список литературы:
1) ГОСТ Р 58059-2018. Наноматериалы композиционные. Связующие полимерные наномодифицированные. Типы и основные параметры : национальный стандарт Российской Федерации : дата введения 2018-01-30 /
Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» (ФГУП «ВИАМ») – Изд. Официальное. - Москва : Стандартинформ, 2018. – 8 с.
2) Вшивков С.А. Полимерные композиционные наноматериалы // Уральский государственный университет им. А.М. Горького – URL: https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/3568/13/1358540_presentation_ch_1.pdf (дата
обращения: 14.01.2024)
3) Наренова С.М. Композиционные материалы // Конспект лекции. [Алматы 2023] – URL:
https://www.kaznu.kz/content/files/pages/folder20266/%D0%9D%D0%B0%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%20%D0%A1.%D0%9C.%202.pdf (дата обращения 14.01.2024)
4) Петров А. Композиционные материалы // HeatTreatment-ru.com — оборудование и технологии термообработки металлов. URL: https://heattreatment-ru.com/kompozicionnye-materialy.html (дата обращения 14.01.2024)
5)Википедия. Углепластики // ru.wikipedia.org – свободная энциклопедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8
(дата обращения 14.01.2024)
6) Виды и применение композитных материалов // https://pcgroup.ru. URL: https://pcgroup.ru/blog/vidy-i-primenenie-kompozitnyh-materialov/ (дата обращения 14.01.2024)
7) Характеристики эпоксидного композита с наполнением из стали // https://weicon.su - промышленная химия Weicon. URL: https://weicon.su/catalog/wr-0-5kg-wcn10300005.html#tab2 (дата обращения 14.01.2024)
8) Наноматериалы в военной технике / голоссарий // https://moodle.kstu.ru/ - MOODLE – виртуальная среда обучения КНИТУ (КХТИ) URL:
https://moodle.kstu.ru/mod/glossary/view.php?id=28120&mode=letter&hook=%D0%9D&sortkey=&sortorder= (дата обращения 14.01.2024)
9) Кудрявцев П. Г., Фиговский О. Л. Нанокомпозитные органоминеральные гибридные материалы // https://cyberleninka.ru/ - научная электронная библиотека «КиберЛеника» URL:
https://cyberleninka.ru/article/n/nanokompozitnye-organomineralnye-gibridnye-materialy/viewer (дата обращения 14.01.2024)
10) Википедия. Наноматериал // ru.wikipedia.org – свободная энциклопедия. URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B0%D0%BB (дата обращения 14.01.2024)
11). Наноструктурированные композиты и полимерное материаловедение / Кахраманов Н.Т, Азизов А.Г., Осипчик В.С., Мамедли У.М., Арзуманова Н.Б; Институт Полимерных Материалов НАН Азербайджана, Российский
химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, г. Москва. – 9 с.
12) Юлдашева Г.Б. Нанокомпозитные материалы и их применение в автомобилестроении // https://cyberleninka.ru/ - научная электронная библиотека «КиберЛеника» URL: https://cyberleninka.ru/article/n/nanokompozitnyematerialy-i-ih-primenenie-v-avtomobilestroenii/viewer (дата обращения 14.01.2024)
13) Нанокомпозиты и их применение в стоматологии // https://shop.dentomir.ru - Интернет-магазин "Мир стоматолога" URL: https://shop.dentomir.ru/articles/37246/ (дата обращения 14.01.2024)
14) Костылев Ю.В. Перспективы применения нанокомпозитных материалов // http://vozrogdenie-group.ru/ - Группа компаний “ВОЗРОЖДЕНИЕ” URL: http://vozrogdenie-group.ru/Stati/perspektivi-primeneniya-nanokompozitnihmaterialov.html (дата обращения 14.01.2024)
15) Наномодифицированный эпоксидный композит / Абдрахманов Ф.Х, Бекетов И.В, Койтов С.А, Мельников В.Н., Сафронов А.П.; патент RU2661583C1 URL: https://patents.google.com/patent/RU2661583C1/ru (дата
обращения 14.01.2024)