Разработка композитов на основе поливинилиденфторида, наполненного углеродными наночастицами

• Автор: Михалчан, Анастасия Андреевна
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 184 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Электропроводящие композиционные материалы с наноструктурными углеродными наполнителями.

1.1 Композиционные материалы, наполненные углеродными наночастицами.

1.2 Углеродные нанотрубки и нановолокна

1.3 Фторопласты как перспективные полимерные матрицы.

Глава 2. Характеристика объектов и методов исследования

2.1 Материалы и реактивы

2.2 Методы исследования

2.2.1 Определение влажности и насыпной плотности.

2.2.2 Определение объема сорбционного пространства.

2.2.3 Сканирующая электронная микроскопия
2.2.4 Атомносиловая микроскопия.
2.2.5 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
2.2.6 Термогравиметрический анализ и дифференциальнотермический анализ.
2.2.7 Дифференциальная сканирующая калориметрия
2.2.8 Рентгеноструктурный анализ
2.2.9 Определение удельного объемного сопротивления сыпучих материалов методом Ван дер Пау.
2.2. Определение диэлектрических свойств
2.2. Определение электропроводности.
2.2. Четырехконтактный метод определения удельного объемного сопротивления
2.2. Определение деформационнопрочностных свойств
2.2. Определение пористости.
2.2. Определение водопоглощения.
2.2. Определение краевого угла смачивания
Глава 3. Выбор полимерных связующих и наполнителей для получения гидрофобных, электропроводящих компаундов и композитов на их основе
3.1 Выбор полимерных связующих и системы растворитель полимер
3.2 Выбор наполнителей
3.3 Изучение процессов диспергирования и выделения отдельных углеродных нанотрубок из их агломератов
3.4 Модификация углеродных наночастиц с целью повышения их
электропроводности
Глава 4. Получение и свойства пленочных композиционных материалов на основе поливинилиденфторида
4.1 Получение пленочных композиционных материалов.
4.2 Деформационно прочностные свойства композитов.
4.3 Электрические свойства композитов.
4.4 Термостойкость композитов.
4.5 Структурные изменения полимерной матрицы в композитах,
наполненных углеродными наночастицами.
Глава 5. Использование токопроводящих компаундов для получения пористых композитов на основе углеродных волокнистых материалов
5.1 Получение газодиффузионных подложек топливных элементов
5.2 Получение пористых углеродполимерных композитов
5.3 Изучение свойств углеродполимерных композитов
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Такой предварительно смешанный твердый компаунд может в дальнейшем перерабатываться путем расплавления или растворения. К достаточно простым «методам с точки зрения практической реализации относится подплавление связующего или полимерной пленки с последующим опудриванием или напылением наночастицами, прикатыванием. Одним из вариантов является нанесение наночастиц на поверхность волокон в процессе электростатического формования, когда они направляются потоком воздуха на еще не остывшие сформованные полимерные филаменты. Таким образом могут быть получены материалы с градиентной структурой, в которых наночастицы расположены в приповерхностных слоях и поверхностных слоях. Нанесение наночастиц на готовую пленку может совмещаться с процессами ламинирования с образованием слоистых композитов. В таком случае наночастицы могут наноситься на одну из пленок путем её опудривания перед совмещением с другой пленкой, или могут находиться в составе промежуточного полимерного клеящего слоя, наносимого из раствора, дисперсии или расплава. Нанесение наноструктурированного углерода возможно непосредственно на полимерные пленки методом импульсного плазменнодугового распыления графитовой мишени []. При этом за счет импульсного характера процесса улучшается отвод тепла и снижается вероятность плавления полимерной матрицы. Одним из возможных вариантов, разработанных в последние годы, является нанесение УНТ на готовые полимерные пленки в результате СУЭ-синтеза, когда синтезированные нанотрубки осаждаются на полимерной пленке - ловушке в холодной зоне на выходе из реактора. Сила скрепления УНТ с пленкой в данном случае невысока, однако её можно повысить последующим подплавлением полимера [, ]. Возможно осаждение нанотрубок на поверхность полимерной пленки из коллоидного раствора (суспензии) методом впечатывания []. Для метода характерны высокая воспроизводимость, требуемая геометрия и функциональность структур, формируемых из УНТ, а так же точность их позиционирования на полимерной поверхности. Automated CNT microinjection system» (Китай) [], или «Jetlab» (США) []. Свойства композиционных материалов, наполненных углеродными наночастицами, и проблемы, связанные с их достижением. Наноструктурные аллотропные модификации углерода (сажи, нанотрубки, нановолокна, графены и др. ГУВ - графитированные углеродные волокна. Особое место среди углеродных нанодисперсий занимают углеродные нанотрубки. Наряду с высокими модулем упругости, прочностью, теплопроводностью, углеродные нанотрубки зачастую обладают высокой электропроводностью, низкой плотностью и определенным соотношением размеров (отношением длины к диаметру). Заметные улучшения свойств достигаются при меньших по сравнению с другими наполнителями количествах вводимых наночастиц. За счет использования УНТ может быть повышена термостабильность композитов. Для большинства композитов увеличение термической стабильности определяется высокой термостабильностыо самих наночастиц и ограничением подвижности полимерных цепей при повышении температуры за счет образования сети из наночастиц. Введение углеродных нанотрубок позволяет повысить тепло- и электропроводность композитов. Обычно теплопроводность композита возрастает с увеличением содержания наполнителя, не имея при этом порогового характера зависимости [, ]. Порогом проводимости или порогом перколяции (от англ. Часто такое пороговое изменение электропроводности композита определяется формированием токопроводящей сети из частиц наполнителя, и дальнейшее увеличение степени наполнения не приводит к значительному росту электропроводности. Иногда с увеличением содержания наполнителя выше порога проводимости все же наблюдается заметный рост электропроводности (или заметное снижение удельного объемного электрического сопротивления). Считается, что в таком случае при пороговой степени наполнения окончательное формирование 3-D проводящей сети еще не завершено, а электропроводность композита обусловлена наряду с прямым контактом между частицами наполнителя эффектами туннелирования.