Применение углеродных нанотрубок в создании полимерных композиционных материалов

1.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
«ПОДМОСКОВНЫЙ КОЛЛЕДЖ «ЭНЕРГИЯ»
Дипломная работа на тему:
«Применение углеродных нанотрубок в
создании полимерных композиционных
материалов»
Специальность: 18.02.13 Технология производства полимерных
композитов
Выполнил студент: Михеев Артем Сергеевич
Руководитель дипломной работы: Воеводина Е.О.
Реутов 2024 г.

2.

ЦЕЛЬ:
Задачи
исследов
ания:
Изучить информацию о применении углеродных нанотрубок в
создании полимерных композиционных материалов.
Изучить общие сведения об углеродных
нанотрубках (УНТ)
Рассмотреть способы создания углеродных
нанотрубок и их применение в разработке
полимерных композиционных материалах
Рассмотреть технологию создания и
оборудование для получения полимерных
нанокомпозитов на основе углеродных
нанотрубок

3.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УГЛЕРОДНЫХ
НАНОТРУБКАХ
Методы
синтеза
Электродуго
вой метод
Лазерная
абляция
Химическое
осаждение из
газовой фазы
*бездефектный
свернутый слой
графена
**Добавление
углеродных
нанотрубок в
полимеры позволит
существенно
повысить их
прочность и
продлить срок
службы материалов.

4.

ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ
1
2
3
4
5
6
1) LPCVD установка для
осаждения графена и
УНТ;
2) Установка роста УНТ
(метод CVD);
3) Разрывная машина;
4) Экструдер High shear
extruder (HSE);
5) Экструдер Solid-State
Shear Pulverization
(SSSP);
6) Дифрактометр ARL
X’tra Thermo Fisher
Scientific

5.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ
НАНОТРУБОК НА ПРАКТИЧЕСКОМ
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОМ ЭТАПЕ
Лазерная
абляция
Вольтовая
дуга
CVD –
технология

6.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ НА
ОСНОВЕ УНТ
Полученную
дисперсию смешивали
с компонентом А в
пропорции:
• компонент А
• компонент Б = 1,8:1
Содержание фУНТ
составляло 0.005%.
Образцы получали
заливкой в
фторопластовые
формы.
1) Использование
полиуретана
2) Использование
двухкомпонентных
полимерных матриц
Был взят
дифенилметандиизоцианат
(MDI) (компонент Б) с
добавлением
определенных активных
компонентов
Один из компонентов смеси
смачивает поверхность углеродных
нанотрубок намного лучше, чем
второй, то при выборе определенной
скорости вращения шнеков,
обеспечивающей приблизительно
равную вязкость компонентов смеси
В качестве
модифицирующей добавки
использовали УНТ
функционализированные
амино - группами
Возможно получение
двухфазных
нанокомпозитов, в которых
УНТ равномерно
распределены по
поверхности одной из фаз

7.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ НА
ОСНОВЕ УНТ
На первом варианте рисунка «ПК (50%)-АБС
(50%)-УНТ» (черные точки – первичные
конгломераты из нанотрубок), а на втором–
зависимость объемного электросопротивления
от концентрации УНТ (ПК – поликарбонат;
MWCNT – многостенные углеродные
нанотрубки; АБС –
акрилонитрилбутадиенстирол).
При внедрении фУНТ в полимерную
матрицу композита, происходит
увеличение прочности образцов
полиуретана более чем в 2 раза

8.

АНАЛИЗ ПРОВЕДЁННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
В результате всех рассмотренных видов техпроцессов получаются смеси различных
видов нанотрубок с преимущественным содержанием того или иного компонента.
Где ММ – в расплаве; SSSP – в экструдере.
Микрофотографии полимерной смеси
«поликарбонат–полиметилметакрилат»
С целью повышения комплекса механических свойств углероднаполненных
композитов необходима разработка эффективной технологии, обеспечивающей
равномерное распределение волокон по объему матричного материала.

9.

ВЫВОДЫ
Нанотехнологии позволяют
упорядочить расположение молекул
композитов и получать сверхпрочные
материалы, приближающиеся к
теоретическому пределу прочности
полимеров особенно с введением
углеродных нанотрубок.
Важная особенность данного
материалов заключается в том, что
статическая нагрузка не меняет их
свойств; только динамическое
воздействие приводит к росту
жёсткости.
1) Рассмотрены способы создания углеродных нанотрубок и их применение в разработке
полимерных композиционных материалах;
2) Рассмотрены технологию создания и оборудование для получения полимерных нанокомпозитов
на основе углеродных нанотрубок;
3) Проанализированы полученные сведения о матричных материалах, использовавшихся на
производственной базе, которыми выступали в основном полиуретан и метод двухфакторной
матрицы, так как данные материалы и способы наиболее эффективны в синтезе с УНТ.

10.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ. ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЯ МОСКОВСКОЙ
ОБЛАСТИ «ПОДМОСКОВНЫЙ КОЛЛЕДЖ «ЭНЕРГИЯ»
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ