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.

Перечень обозначений и сокращений
УНТ
Углеродные нанотрубки
нм
Нанометр (единица измерения момента силы)
ПНК
Полимерные нанокомпозиты
ПКМ
Полимерные композиционные материалы
торр
Давление (внесистемная единица измерения)
мкм
Микрометр (единица измерения расстояния)
ПЭМ
Просвечивающая электронная микроскопия
Вт
Ватт (единица измерения мощности)
CVD
Chemical Vapor Deposition (химическое осаждение из
паровой фазы)
МПа
Мегапаскаль (метрическая единица измерения давления)
РЭМ
Растровая электронная микроскопия
фУНТ
Функционализированные углеродные нанотрубки

3.

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

4.

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.

5.

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

6.

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

7.

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

8.

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

9.

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.

10.

ВЫВОДЫ
1) Рассмотрены способы создания углеродных нанотрубок и их
применение в разработке полимерных композиционных материалах;
2) Изучено 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.

11.

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