Plastics_4_2010

ТЕМА НОМЕРА /ОБЗОР П Л А С Т И К С № 4 ( 8 6 ) 2 0 1 0 w w w . p l a s t i c s . r u 26 гибридного композита, армирующая ткань которого содержит волокна, покрытые УНТ. Показана схема свя- зи УНТ, выращенных на поверхности каждого отдельного волокна при вза- имодействии между параллельными волокнами и поперечными слоями. Большинство исследователей эмпи- рически определили, что оптимальная концентрация УНТ, необходимая для получения максимального упрочняю- щего эффекта, определяется очень ма- лым количеством — в пределах сотых долей процента (рис. 1). Связано это с огромной удельной площадью поверх- ности УНТ и зависит от их индивиду- альных характеристик. Максимальная концентрация угле- родных нанотрубок в связующемможет достигать нескольких десятков про- центов, но при рассмотрении в ПЭМ обнаруживается, что УНТ образуют агломераты, которые выступают в роли самостоятельных глобул микронного размера, окруженных молекулами свя- зующего. Сверхвысокие концентрации УНТ, возможно, будут необходимы для получения таких новых свойств на- нокомпозитов, как электро- и тепло- проводность, защитные свойства от электромагнитных и радиоактивных излучений, стойкость к криогенным температурам. Но работы некото- рых исследователей убеждают в том, что получение вышеперечисленных свойств также возможно лишь при от- носительно малых концентрациях УНТ или углеродных нановолокон. Тонкие однослойные углеродные нанотрубки (рис. 7А) обладают макси- мальной удельной площадью поверх- ности (до 1360 м 2 /г) и, следовательно, теоретически имеют наибольший по- тенциал. Но на практике оказалось, что они больше других подвержены образованию агломератов под дей- ствием ван-дер-ваальсовых сил, да и существующие методы производства пока не позволяют получать их в про- мышленных объемах. Широкое применение получили многослойные углеродные нанотруб- ки (рис. 7Б), которые производятся в промышленных объемах методом хи- мического осаждения на катализаторе (пиролиз природных газов). Упрочня- ющее воздействие на полимеры много- слойных УНТ ниже, чем однослойных УНТ, но первые гораздо доступнее и свойства их стабильнее. Существует третья группа волокни- стых наночастиц — это углеродные на- новолокна (УНВ) (рис. 8). По существу, это те же УНТ, только больших размеров и с более развитой поверхностью, что улучшает их взаимодействие с матри- цей. УНВ меньше подвержены агрега- тированиюи могут вводиться в полимер без дополнительной функциализации. Задачи и перспективы Сегодня на рынке появились новые марки эпоксидных смол, наполненных УНТ, но в сопроводительной докумен- тации, как правило, не указаны ни ха- рактеристики УНТ, ни метод введения, ни даже их количество. К тому же по- требитель никак не может проверить декларируемые свойства. Поскольку традиционные методы создания компо- зитных изделий не подходят для реали- зации главной задачи — равномерного распределения УНТ в связующем, воз- никает вопрос: а для чего вообще про- изводители вводят нанотрубки? Полагаю, что на данном этапе за- ниматься этой темой необходимо в рамках одного производственного цикла — от изготовления нанотрубок до отработки технологий создания из- делий. Конкретная цель продиктует и методы их достижения. Каждый поль- зователь нанодисперсий должен иметь достаточный набор знаний и инстру- ментов, обеспечивающих правильное использование исключительных харак- теристик наночастиц. В дополнение ко всему сказанному следует отметить, что наряду со всеми специфическими мероприятиями, свя- занными с введением углеродных на- нотрубок (подбор УНТ, их подготовка, выбор метода и режимов введения), необходимо строгое соблюдение пра- вил работы с самими полимерами. Вот некоторые из них: — правильное хранение смол и на- полнителей (время хранения, темпе- ратура и влажность, гомогенизация фракций перед началом работ); — обеспечение необходимых усло- вий в рабочем помещении (выравни- вание температуры смолы и воздуха в помещении, отвод экзотермического тепла); — тщательное перемешивание смо- лы с катализатором; Рисунок 7. Углеродные нанотрубки Улучшенные волокна, покрытые выращенными УНТ Слои ткани Жгуты волокон, покрытых УНТ Рисунок 6. Гибридный композит с выращенными УНТ на моноволокнах армирующей ткани А — однослойные; Б — многослойные Б А