УЛУЧШЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ ПРИ ДОБАВЛЕНИИ АЛМАЗНЫХ НАНОЧАСТИЦ: ПЕРСПЕКТИВЫ И ВОЗМОЖНОСТИ
Creators: name: Бекешев А.З
name: Мостовой А.С
name: Ахметова М.К
Publisher: name: Zenodo
Year: 2025

description: В данной работе исследованы перспективы модификации нанодисперсных алмазов (НА) с использованием аминоуксусной кислоты (АУК) для создания высокопрочных эпоксидных нанокомпозитов. Цель исследования заключалась в улучшении распределения НА в эпоксидной матрице, уменьшении их агломерации и повышении адгезионного взаимодействия между наночастицами и полимерной матрицей. Аминоуксусная кислота была выбрана в качестве функционализирующего агента из-за наличия аминогрупп, способных взаимодействовать с эпоксидными группами, и карбоксильных групп, обеспечивающих взаимодействие с НА.


НА были обработаны раствором АУК различной концентрации, и с помощью ультразвуковой обработки удалось значительно уменьшить размер частиц НДА с 400 до 35 нм. Это позволило улучшить распределение частиц в матрице и значительно повысить механические свойства полученных композитов. Результаты дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) показали, что введение функционализированных НА ускоряет процесс полимеризации, снижая начальную температуру отверждения и увеличивая теплоту реакции.


Наиболее оптимальной концентрацией АУК для модификации НА была выбрана 5%. При данной концентрации наночастицы демонстрируют мономодальное распределение размеров в диапазоне от 25 до 40 нм. Исследования показывают, что использование ультразвуковой обработки при подготовке композиций способствует активации поверхности частиц и предотвращению их агрегации. Такие композиты могут найти применение в областях, где требуются материалы с улучшенными механическими свойствами, такими как прочность и устойчивость к износу. Добавление наночастиц алмаза модифицированных АУК, привело к увеличению прочностных характеристик композитов на 19-23% по сравнению с композициями, содержащими нефункционализированные НДА. Также наблюдалось увеличение термической стабильности композитов. Оптимальная концентрация АУК составила 5%, при которой достигнуты наилучшие механические и термические свойства.


В работе сделан вывод о том, что функционализация наноалмазов аминоуксусной кислотой является эффективным методом улучшения механических и термических свойств эпоксидных нанокомпозитов.


Улучшенная дисперсия и химическое взаимодействие между матрицей и наноалмазами способствуют созданию прочного, термически устойчивого материала, который может быть использован в различных промышленных применениях, включая аэрокосмическую, автомобильную и электронную промышленности, где требуется высокая прочность и стойкость к термическим воздействиям. Кроме того, полученные результаты указывают на возможность дальнейшего повышения эксплуатационных характеристик композитов за счет оптимизации процесса функционализации и выбора подходящих концентраций модифицирующих агентов.


 


	
		
			
			

			
			
			

			
		
		
			
			
а
			
			
			
б
			
		
	




Рисунок 1. СЭМ-изображения алмазных наночастиц, а) до обработки АУК,  б) после обработки АУК [1]


Перспективным направлением будущих исследований может стать разработка нанокомпозитов с комбинированными наполнителями, которые обеспечат еще больший баланс между механическими и физико-химическими свойствами.


Литература


1. Investigating the Structure and Properties of Epoxy Nanocomposites Containing Nanodiamonds Modified with Aminoacetic Acid. Anton Mostovoy, Amirbek Bekeshev, Andrey Shcherbakov, Lyazzat Tastanova, Marzhan Akhmetova, Ainagul Apendina and Marina Lopukhova. Polymers 2024, 16, 449. https://doi.org/10.3390/polym16040449.