Полиолефиновый композит на основе эластомера, модифицированного углеродными нанотрубками для повышения электропроводности полимерматричных композитов
POLYOLEFIN COMPOSITE BASED ON ELASTOMER, MODIFIED BY CARBON NANOTUBES TO INCREASE ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF POLYMER MATRIX COMPOSITES

Изобретение относится к области конструкционных материалов и полимерных нанокомпозитов, а именно к полимерным композициям, содержащим нанодисперсные добавки с целью повышения их электрофизических свойств.
В данном изобретении предложен материал, являющийся полимерным композиционным наполнителем, модифицированным углеродными нанотрубками, предназначенным для существенного повышения электропроводности полимерматричных композитов.
Интерес к выбранной тематике исследования обусловлен тем, что конструкционные материалы, используемые в авиакосмической технике, автомобилестроении и других высокотехнологичных отраслях, должны обладать комплексом высоких эксплуатационных и технологических характеристик, включая прочностные показатели, тепло- и электропроводность, а также возможность перерабатываться в изделия простыми высокопроизводительными методами. В большинстве случаев для этих целей используются металлы, обладающие требуемым набором характеристик, однако, как показывают исследования последних лет, они могут быть с успехом заменены на полимерные композиты с соответствующим набором свойств.
Из области техники известны способы получения композиций на основе углеродных нанотрубок и полиолефинов.
Известен патент RU 2490204 способ получения нанокомпозитов на основе полиолефинов, используемых при получении различных изделий, таких как пленки, листы, трубы, нити и волокна, обладающих высокой объемной и поверхностной электропроводностью. В технологии используются углеродные нанотрубки, предварительно механически растертые в воде с добавлением водорастворимого полимера с концентрацией 0,01-0,1 мас.%. Полученную суспензию диспергируют ультразвуком при максимальной температуре среды не выше 70°С. Затем полученную суспензию наносят на поверхность гранул полиолефина и сушат. Полученные гранулы нанокомпозита содержат до 0,5 мас.% углеродных нанотрубок.
Недостатком данной технологии является использование нестандартного оборудования, а также добавление дополнительной стадии приготовления полимерного нанокомпозита.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональных свойств полимерных композитов, в частности электропроводности.
Требуемый технический результат достигается тем, что полиолефиновый композит на основе эластомера, модифицированного углеродными нанотрубками, содержит полисилоксаны при следующем соотношении компонентов, % мас.%: углеродные нанотрубки 10-25; полисилоксаны 2-5; полиолефиновый эластомер - остальное. Наличие полисилоксанов в полимерном композите способствует гомогенному распределению углеродных нанотрубок в полимерной матрице.
1
2
3
4
m
i
n
2n+1
Новый технический результат, достигаемый при добавлении данного композиционного наполнителя в полимерматричные композиты, заключается в значительном повышении их электропроводности за счет гомогенного распределения углеродных нанотрубок в объеме композита. Гомогенному распределению углеродных нанотрубок в объеме полимерной матрице способствует использование полисилоксанов в полимерном нанокомпозите следующей структуры: (-RRSi-О-RRSi-), где R-H, -CH при n=1-20).
Отличительные признаки предложенного технического решения на порядок повысили электропроводность полимерматричных композитов.
Достижение улучшенных показателей назначения иллюстрируется нижеприведенными данными исследований и опытов.
Опытной проверкой было установлено повышение электропроводности на два порядка в сравнении с полимерматричным композитом без добавления полиолефинового композита, модифицированного углеродными нанотрубками.
Пример.
В качестве исходных материалов используются:
- многослойные углеродные нанотрубки диаметром 20-30 нм, длиной 5-7 мкм;
- полиолефиновый эластомер (LC 370);
1
2
3
4
m
i
n
2n+1
- полисилоксан (-RRSi-О-RRSi-), где R -H, -CH при n=1-20.
Смешение компонентов проводилось на двухвалковой мельнице (BL-6175-A) при температуре 120°С в течении 20 мин. Соотношении компонентов в изготавливаемых экспериментальных образцах представлено в табл. 1
Далее, с использование полученных экспериментальных образцов изготавливались полимерматричные композиты, методом литья под давлением на термопластавтомате Haitan SA 900 со следующим соотношением компонентов:
Полипропилен PPG 1120-16 - 90 мас. %, образец 1 -10 мас.%;
Полипропилен PPG 1120-16 - 90 мас. %, образец 2 -10 мас.%;
Полипропилен PPG 1120-16 - 90 мас. %, образец 3 -10 мас.%.
По результатам объемного электросопротивления получены следующие результаты:
-3
образец 1 -10 См/м;
-3
образец 2 -10 См/м;
-1
образец 3 -10 См/м.