Получение полимер-углеродных композитов модифицированных углеродными нанотрубками

АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ 9
1.1 Композиционные материалы: определение и классификация 9
1.2 Область применения композиционных материалов 11
1.3 Полимерные композиционные материалы 12
1.3.1 Термореактивные полимеры 13
1.3.2 Термопластичные полимеры 16
1.3.3 Достоинства и недостатки композитов с полимерной матрицей 17
1.4 Технология полимер-углеродных материалов 18
1.5 Углеродные нанотрубки 21
1.5.1 Основные сведения об углеродных нанотрубках 21
1.5.2 Свойства углеродных нанотрубок 23
1.5.3 Область применения углеродных нанотрубок 24
1.6 Способы введения углеродных нанотрубок в состав полимерного
композита 27
1.7 Функционализация УНТ 31
2 МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 37
2.1 Объекты исследования 37
2.2 Приготовление катализаторов для синтеза УНТ 39
2.3 Синтез углеродных нанотрубок методом пиролиза ацетилена 40
2.4 Отработка методики функционализированных углеродных нанотрубок ... 42
2.5 Методика изготовления форм для литья композитов 43
2.6 Метод получения полимер - углеродных композитов 44
2.7 Методы исследования приготовленных образцов 45
2.7.1 Метод электронной микроскопии 45
2.7.2 Метод испытания на разрушающее напряжение при сжатии 47
2.1.3 Метод испытания на разрушающее напряжение при изгибе 49
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ 51
3.1 Результаты исследований, приведенных на электронном микроскопе 51
3.2 Результаты исследований на разрушающее напряжение при сжатии 61
3.3 Результаты испытаний на разрушающее напряжение при изгибе 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
Купить

Основным классом материалов, удовлетворяющих таким жестким, часто противоречащим друг другу требованиям, как обеспечение минимальной массы конструкций, максимальной прочности, жесткости, надежности и долговечности при работе в тяжелых условиях нагружения, в том числе при высоких температурах и в агрессивных средах, являются композиты.
Современная наука о композиционных материалах обязана своему динамичному развитию в течение последних десятилетий, главным образом, применению композитов в ракетной технике и самолетостроении. Условия эксплуатации тяжело нагруженных узлов и элементов конструкций разрабатываемых самолетов и ракет не позволяют использовать для их изготовления традиционные металлические материалы и композиты. Каждая новая конструкция, обеспечивающая рост технических характеристик, как правило, требует разработки новых композиционных материалов.
Создание новых композитных конструкционных материалов с включением наночастиц является важным направлением развития наноиндустрии. Одним из современных направлений нанотехнологии является применение в промышленности углеродных нанотрубок. Они обладают рядом уникальных свойств, которые позволяют решать проблемы, возникающие при производстве полимерных композиционных материалов. Наиболее перспективным методом улучшения полимерных композиционных материалов является их модификация углеродными наноструктурными компонентами [1].
Внесение углеродных нанотрубок в структуру композита влияет на структуру и свойства полимерного связующего, а также на композиционный материал в целом. В настоящее время отсутствуют опытные разработки, на основе которых внесение, распределение и стабилизация дисперсии углеродных нанотрубок в полимерных композитах внедрялось бы в промышленной технологии [2]. Выработка эффективных методов введения нанодобавок в структуру композита и определение степени их влияния на качественные показатели конечного продукта, а так же разработка аппаратурно-технологических схем на текущим момент является актуальной и приоритетной задачей в области разработки современных материалов. Следует ожидать, что данные методы найдут широкое применение в производстве конструкционных и функциональных полимерных композиционных материалов, предназначенных для эксплуатации в экстремальных силовых, температурных, эрозионных, радиационных и химических условиях. Основные области возможного эффективного применения этих материалов авиационная и автомобильная, нефтедобывающая и химическая промышленность [3].
Этот обширный список объектов различного назначения показывает, насколько велика область потенциального применения названных материалов . Поэтому актуальной задачей является исследование влияния углеродных нанотрубок на механические свойства углеродсодержащих композиционных материалов, например материалов на основе графитовых наполнителей и связующих смол.
Исходя из этого сформулирована следующая цель выпускной квалификационной работы - получить образцы композита, модифицированные функционализированными углеродными нанотрубками и другими добавками и изучить их структуру и физико-механические характеристики.
В рамках поставленной цели должны быть реализованы следующие задачи:
1 Выполнить обзор литературных данных о применении, свойствах, структуре углерод-углеродных и полимерных композиционных материалов.
2 Выполнить обзор данных о строении и свойствах углеродных нанотрубок.
3 Изучить и отработать методы получения катализатора для синтеза углеродных нанотрубок методом пиролиза ацетилена и синтеза углеродных нанотрубок пиролизом ацетилена; получить необходимое количество углеродных нанотрубок.
4 Изучить методы функционализации углеродных нанотрубок и получить необходимое количество функционализированных углеродных нанотрубок.
5 Доработать методику и изготовить формы для шликерного литья полимерных композитов.
6 Изучить и отработать методики введения углеродных нанотрубок в полимерные композиты.
7 Получить различные образцы полимерных композитов, в том числе с добавлением функционализированных нанотрубок, этилового спирта, сольвента.
8 Изучить структурно-морфологические характеристики и провести исследование физико-механических свойств полученных образцов. Выявить влияние добавок углеродного наноматериала на указанные характеристики и свойства.
Купить