Научная статья на тему 'Электропроводности полиолефинов, наполненных техническим углеродом и углеродными волокнами'

Электропроводности полиолефинов, наполненных техническим углеродом и углеродными волокнами Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
178
65
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОЛИЭТИЛЕН / ПОЛИПРОПИЛЕН / П805Э / УВИС АК-П / POLYETHYLENE / POLYPROPYLENE / PRINTEX XE-2B / UVIS AK-P / P805E

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Абдуллин М. И., Басыров А. А., Николаев С. Н., Нагаев Р. Р., Колтаев Н. В.

Изучено влияние природы наполнителя и полимерной матрицы на электропроводность полимерных композиций на основе полипропилена и полиэтилена. Показано, что полимерные композиты на основе технического углерода Printex XE-2B позволяют получить электропроводящие полимерные материалы при значительно более низкой их концентрации в полимерной матрице, по сравнению с техническим углеродом марки П805Э и углеродными волокнами. Установлено, что рост электропроводности полимерных материалов на основе углеродных волокон наблюдается при содержании волокон <3%.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Абдуллин М. И., Басыров А. А., Николаев С. Н., Нагаев Р. Р., Колтаев Н. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CONDUCTIVITY OF THE POLYOLEFINS FILLED WITH TECHNICAL CARBON AND CARBON FIBRES

Influence of the nature of a filler and polymeric matrix on conductivity of polymeric compositions on the basis of polypropylene and polyethylene is studied. It is shown that polymeric composites on the basis of technical Printex XE-2B carbon allow receiving electroconductive polymeric materials at much more their low concentration in a polymeric matrix, in comparison with technical carbon of the P805E brand and carbon fibers. It is established that growth of conductivity of polymeric materials on the basis of carbon fibers is observed at the content of fibers <3 %.

Текст научной работы на тему «Электропроводности полиолефинов, наполненных техническим углеродом и углеродными волокнами»

спектр (см-1): 1760, 1770 (С=О), 1605 (С=С). Спектр ЯМР ‘Н (DMFA-d7, 5, м.д.): 8.13 уш.с (2Н, 2NH), 7.30 м (5Н, С6Н5), 4.30 д.д.д. (2Н, С9 и С10 , Ji = J2 = 5.4 Гц, J3 = 15.6 Гц), 3.62 с (3Н, СООСН3), 3.48 м (2Н, СН2 бензила), 3.12 м (2Н, 2СН), 2.98 м (2Н, 2СН), 2.75 м (4Н, 2СН, СН2), 2.55 м (2Н, СН2), 2.30 т (2Н, СН2, J 7.34 Гц), 1.75 м (2Н, СН2), 1.65 д.д. (2Н, СПН2, J‘ = J2 = 12.5 Гц). Спектр ЯМР °С (DMFA-d7, 5, м.д.): 174.05 с (С=О), 171.72 с (С=О), 171.60 с (С=О), 140.54 с (С‘ бензила), 132.63 с (-СС1=), 129.19 д (СН бензила), 128.83 д (СН бензила), 127.34 д (СН, бензила), 123.30 с (-CCl=), 51.90 к (ОСН3), 51.59 д (СН), 51.48 д (СН), 49.11 д (СН), 48.70 д (СН), 43.41 т (СН2), 39.24 т (СН2), 29.28 т (СН2), 25.44 т (СН2), 22.91 т (СН2).

9-(4-Метоксикарбонилбутиламид)-3,4,5,6-тетрахлортрицикло- [6.2.1.02,7]ундека-3,5-диен-транс-9а, 10р-дикарбоновой

кислоты XIII и его 9р, 10а-изомер XIIIa.

К смеси 1.0 г кислоты XIV в 10 мл ТГФ при перемешивании прибавляли (20°С) по каплям раствор 0.6 г ДДС в 10 мл ТГФ в течение 30 мин. После образования осадка добавляли 0.45 г гидрохлорида метилового эфира 5-аминовалериановой кислоты и 1.0 г триэтиламина в 10 мл ТГФ. По окончании реакции (ТСХ) ТГФ упарили, массу подкисляли HCl и экстрагировали этилацетатом. Получено 0.6 г (61%) амида с т.пл. 54-58°С. Анализ ВЭЖХ показал наличие двух изомеров XIII и XIIIa, которые не удалось разделить и использованы в виде смеси в последующих реакциях.

9-Бензиламид-10-(4-Метоксикарбонилбутиламид)-3,4Д6-тетрахлортри- цикло[6.2Л.02,7]ундека-3,5-диен-транс-9аД0р-дикарбоновой кислоты XII и его 9р,10а-изомер XIIa. По вышеуказанной методике из 400 мг смеси амидов XIII и XIIIa, 150 мг бензиламина и 200 мг ДДС получили 360 мг (63%) смеси бисамидов XII и XIIa в соотношении 1:1, которые разделены ВЭЖХ и охарактеризованы.

Соединение XII: ИК спектр (см-‘): 1760, 1780 (С=О), 1610 (С=С). Спектр ЯМР °С (DMFA-d7, 5, м.д.): 173.62 с (С=О), 172.12 с (С=О), 174.02 с (С=О), 140.40 с (С‘ бензила), 132.89 с (С4), 132.35 с (С5), 128.94 д (СН, бензила), 128.07 д (СН, бензила), 127.44 д (СН, бензила), 123.56 с (С3), 123.31 с (С6), 52.07 к (ОСН3), 51.49 т, 49.88 т, 48.27 т, 48.75 т, 47.05 д, 43.40 д, 39.39 т, 33.74 т, 22.85 д.

Соединение XIIa: ИК спектр (см-‘): 1760, 1780 (С=О), 1610 (С=С). Спектр ЯМР °С (DMFA-d7, 5, м.д.): 174.12 с (С=О), 173.58 с (С=О), 172.48 с (С=О), 140.22 с (С‘ бензила), 132.55 с (С4), 132.12 с (С5), 128.88 д (СН, бензила), 128.03 д (СН, бензила), 127.32 д (СН, бензила), 123.44 с (С3), 123.30 с (С6 ), 51.89 к (ОСН3), 51.44 т, 49.85 т, 48.25 т, 48.66 т, 47.05 д, 43.38 д, 39.33 т, 33.68 т, 22.77 д.

Список литературы

1. Hamberg M., Samuelsson B. Detection and isolation of an endoperoxide interne diate in prostaglandin biosyntesis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1973. V.70. N 3. - P. 899.

2. Hamberg M., Svensson J., Wakabayashi T., Samuelsson B. Isolation and structure of two prostaglandin endoperoxides that cause platelet aggregation // Proc. Natl. Acad. Sci. - USA. 1974. V.71. No 2. - P. 345.

3. Corey E.J., Narasaka K., Shibasaki M. A direct, stereocontrolied total synthesis of the 9,11-azo analogue of the prostaglandin endoperoxide, PGH2 //J. Amer. Chem. Soc. - 1976. V. 98. No 20. - P. 6417.

4. Bundy G.L. The synthesis of prostaglandin endoperoxide analogs// Tetrahedron Lett. - 1975. No 24. - P. 1957.

5. Trost B.M., Timko J.M., Stantion J.L. An enantioconvergent approach to prostaglandins. // J. Chem. Soc. Chem. Commun. - 1978. No10. - P. 436.

6. Corey E.J., Shbasaki M., Nicolaou K.C. et al. Simple, stereocontrolled total synthesis of a biologically activ analog of the prostaglandin endoperoxides (PGH2, PGG2) // Tetrahedron Lett. - 1976. No 10. - P.737.

7. Литвинов Р.И. Современные ингибиторы функции тромбоцитов. // Казанский медицинский журнал - 2004, Т. 85. Вып.2 - С. 125.

8. Michael R. H., Anastasia P., Helen B. и др. Функциональный полиморфизм простагландинэндопероксид синтазы позволяет предсказать неблагоприятный исход саркоидоза // Amer. J. of Respiratory and Critical Care Medicine - 2006. V. 174. - P. 915.

9. Corey E.J., Niwa H., Bloom M., Ramwell P.W. Synthesis of a new prostaglandin endoperoxide (PGH2) analog and its function as a inhibitor of the biosynthesis of tromboxane A2 (TBXA2). // Tetrahedron Lett. - 1979. No 8. - P. 671.

10. Kametani T., Suzuki T., Kamada Sh., Unno K. Synthesis of the prostaglandin H2 analogue dl-9,11- ethano -9,11-dideoxaprostaglandin H2. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. - 1981. No12. - P. 3101.

11. Lieb F., Niewohner U., Wendisch D. 6-(3-Carbamoylbicyclo[2.2.1]hept-2-yl) hexaansauren, eine newe klasse von TxA2 antagonisten. // Lieb. Ann. Chem. - 1987. P. 607.

12. Kobayashi T., Tahara Y., Matsumoto M. et al. Roles of thromboxane A(2) and prostacyclin in the development of atherosclerosis in apoE-deficient mice // J. Clin. Invest. - 2004. V.114. - P.784.

13. Nakane M., Reid J.A., Han. Wen Ching et al. 7-Oxabicyclo[2.2.1]heptyl carboxylic acid as thromboxane A2 antagonists'^ aza ю-chain analogs. // J. Med. Chem. 1990. V.33. No 9. - P. 2465.

14. Pat. Eur. № 373950 / C.A. 1991. V.114. 23676m.

15. Pat Eur. № 373951 / C.A. 1991. V.114. 6146w.

16. Pat. Eur. № 373915 // C.A. 1991. V.114. 6147x

17. Исмаилов С.А. Диеновая конденсация 5.5-диметокситетрахлорциклопента-диена с ангидридами эндо- и элзо-бицикло[2.2.1]-гепт-5-ен дикарбоновой-2,3-кислоты и стереоспецифические превращения аддуктов: Автореф. дисс. канд. хим. наук. - Казань, 1980 - 21 с.

18. Шнулин А.Н., Исмаилов С.А., Салахов М.С., Мамедов Х.С. Молекулярная и кристаллическая структура ангидрида экзо-экзо-3,4,5,6-тетрахлортри-цикло[6.2.1.02,7]ундека-3,5-диен-9,10-дикарбоновой кислоты // Ж. структ. хим. - 1981. T.22. Bbm.3. -С.100.

19. Шнулин А.Н., Исмаилов С.А., Салахов М.С. и др. Молекулярная и кристаллическая структура ангидрида экзо-эндо-3,4,5,6-тетрахлортрицикло [6.2.1.02,7]ундека-3,5-диен-9,10-дикарбоновой кислоты // Кристаллография - 1982. T.27. Bbni.2. - С.273.

Абдуллин М.И.1, Басыров А.А.2, Николаев С.Н.3, Нагаев Р.Р.4, Колтаев Н.В.5 'Доктор химических наук, 2аспирант, Башкирский государственный университет ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ПОЛИОЛЕФИНОВ, НАПОЛНЕННЫХ ТЕХНИЧЕСКИМ УГЛЕРОДОМ И

УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ

Аннотация

Изучено влияние природы наполнителя и полимерной матрицы на электропроводность полимерных композиций на основе полипропилена и полиэтилена. Показано, что полимерные композиты на основе технического углерода Printex XE-2B позволяют получить электропроводящие полимерные материалы при значительно более низкой их концентрации в полимерной матрице, по сравнению с техническим углеродом марки П805Э и углеродными волокнами. Установлено, что рост электропроводности полимерных материалов на основе углеродных волокон наблюдается при содержании волокон <3%.

Ключевые слова: полиэтилен, полипропилен, П805Э, Printex XE-2B, УВИС АК-П.

Abdullin M.I.1, Basyrov A.A.2, Nikolaev S.N.3, Nagaev R.R.4, Koltaev N.V.5

*Dr of chemical Sciences, 2 postgraduate student Bashkir State University

CONDUCTIVITY OF THE POLYOLEFINS FILLED WITH TECHNICAL CARBON AND CARBON FIBRES

Abstract

89

Influence of the nature of a filler and polymeric matrix on conductivity of polymeric compositions on the basis of polypropylene and polyethylene is studied. It is shown that polymeric composites on the basis of technical Printex XE-2B carbon allow receiving electroconductive polymeric materials at much more their low concentration in a polymeric matrix, in comparison with technical carbon of the P805E brand and carbon fibers. It is established that growth of conductivity of polymeric materials on the basis of carbon fibers is observed at the content of fibers <3 %.

Keywords: polyethylene, polypropylene, P805E, Printex XE-2B, UVIS AK-P.

В современной технике имеются задачи, например, низкотемпературный электронагрев, экранирование датчиков и конструкций радиоэлектронной аппаратуры, измерение статистического давления и так далее, решение которых представляется путем применения полимерных композиционных материалов (ПКМ) [1-6]. Эта идея не является новой, однако благодаря широким возможностям в изменении и совершенствовании свойств ПКМ, их применение увеличивается. В таких ПКМ матрицей является полимер, а наполнителем какой-либо токопроводящий порошок. В качестве наполнителя, в основном, используют различные порошки металлов, в том числе и благородных, углеродные порошки, диэлектрические порошки с токопроводящим покрытием, также получают применение экзотические наполнители, например, углеродные нанотрубы [7-10].

Свойства таких материалов будут определяться с одной стороны природой и свойствами компонентов и концентрацией наполнителя, с другой - распределением наполнителя в матрице, типом структур, которые образуют частицы наполнителя, контактными взаимодействиями между частицами и процессами на поверхности наполнителя.

Целью данной работы являлось получения токопроводящих композиций полиэтилена и полипропилена за счет введения в их состав технического углерода и углеродных волокон.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Материалы и реактивы: полипропилен марки 01270(ПП 01270), полиэтилен марки 2287(ПЭ 2287), технический углерод марки П805Э, технический углерод марки Printex XE-2B, углеродные волокна марки УВИС АК-П (диаметр волокон 5-8 мкм, длина волокна 50-300 мкм.).

Оборудование: компаунтер со следующими характеристиками шнека L/D=15, глубина гребня 16.5мм, ширина витка 20 мм; кондуктометр: диапазон измерений 1Ом - 2мОм, относительная погрешность 0,5%.

Измерение удельной электропроводности полимерной ПКМ проводили на цилиндрических образцах длиной около 2 см и диаметром 4 мм контактным способом. Эффективность контакта между измерительным электродом и измеряемым образцом обеспечивали с помощью токопроводящего клея "Контактол".

Расчет удельного электрического сопротивления проводили по формуле:

П • R • r2

Р = —т~

где: р - удельное сопротивление, Ом*мм2/см

R - сопротивление образца, Ом

r - радиус образца, мм

l - длина образца, см

Логарифм удельной электропроводности определяли по формуле:

lg а = lg —

Р

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Электропроводящие углеродные наполнители при введении их в полимерную матрицу способны обеспечивать значительное снижение электрического сопротивления композиционного материала по сравнению с сопротивлением исходного полимера. Установлено, что введение технического углерода в состав полимерной композиции приводит к резкому увеличению электропроводности (рис. 1.). При этом на кривой зависимости проводимости угленаполненных композиций от содержания наполнителя можно выделить три участка:

A - начальный пологий участок, характеризующийся низкими значениями электропроводности.

B - участок, характеризующийся резким увеличения проводимости.

С - пологий участок увеличения соответствует незначительному увеличению проводимости.

0 20 40 60 80

Содержание наполнителя, масс.%

Рис. 1. Зависимость электропроводности наполненных полимерных композиций от природы наполнителя и содержания наполнителя: 1. ПЭ 2287 - ТУ Printex XE-2B; 1'. ПП 01030 - ТУ Printex XE-2B; 2. ПЭ 2287- ТУ П805Э;

3. ПП 01030 - УВИС АК-П.

90

На основе экспериментальных данных установлено, что электропроводность композиций наполненных ТУ не зависит от природы полимерной матрицы (рис. 1). Полимерные композиты на основе полиэтилена и полипропилена, содержащие ТУ марки «Printex XE-2B», демонстрируют практически близкие значения электропроводности при одинаковом содержании технического углерода (табл. 1). При содержании «Printex XE-2B» 15% электропроводность полимерного материала на основе ПЭ составляет 6,33 Омхмм2/см, тогда как в случае ПП данный параметр равен 6,30 Омхмм2/см.

Таблица 1. Зависимость электропроводности полимерной композиции, наполненной ТУ Printex XE-2B, от природы

полимерной матрицы

№ Содержание ТУ, % Полипропилен Полиэтилен

р, Омхмм2/см а, (Омхмм2/см)-1 lg(a) р, Омхмм2/см а, (Омхмм2/см)4 lg(a)

1 0 2х106 5х10'7 -6,30 2х106 5х10-7 -6,30

2 5 2х106 5х10-7 -6,30 2х106 5х10-7 -6,30

3 10 190,0 5,3х10-3 -2,28 192,7 5,3х10-3 -2,28

4 15 6,30 1,6x10'* -0,80 6,33 1,6х104 -0,80

5 20 5,91 1,7x10'* -0,77 5,91 1,7х104 -0,77

При использовании в качестве электропроводящего наполнителя технического углерода марки П805Э увеличение электропроводности наблюдается при содержании ТУ выше 50% (рис. 1, табл. 2).

Таблица 2. Зависимость электропроводности полимерной композиции, наполненной ТУ П805Э, от содержания технического углерода

№ Содержание ТУ, % Полиэтилен

P, Омхмм2/см а, (Омхмм2/см)4 lg(a)

1 40 2х106 5х10-7 -6,30

2 50 2х106 5х10-7 -6,30

3 60 3,6х104 2,8х10° -4,50

4 65 1,7х103 5,9х10-4 -3,23

5 70 2,30 4,3х10‘‘ -0,36

Значительные отличия в электропроводности наполненных полимеров, возможно, объясняются различным размером и формой частиц технического углерода, вводимого в полимерную матрицу. В связи с этим изучено влияние дисперсности и гранулометрического состава использованных марок технического углерода. Установлено, что использованные марки ТУ существенно отличаются дисперсностью и размерами составляющих частиц. Средний диаметр частиц в ТУ марки П805Э составляет 8,7 мкм, тогда как в ТУ марки Printex XE-2B составляет 18,2 нм (табл. 3). Электропроводящие марки технического углерода можно охарактеризовать поглощением жидкого дибутилфталата (ДБФ). Так, на основе литературных данных [11] установлено, что технический углерод марки Printex XE-2B поглощает 410 см3/100г, тогда как технический углерод марки П805Э поглощает 113 см3/100г ДБФ. Таким образом, технический углерод марки Printex XE-2B характеризуется высокой степенью структурированности и значительно меньшими размерами частиц по сравнению с техническим углеродом марки П805Э. Этим, возможно, и объясняется низкий порог электропроводности полимерных композиционных материалов на основе ТУ Printex XE-2B.

Таблица 3. Дисперсность марок углерода Printex XE-2B и П805Э

Printex XE-2B П805Э

Фракции ТУ, нм Содержание фракции, % Фракции ТУ, нм Содержание фракции, %

<5 4,2 <1,5х103 ~0,4

5-10 10,2 1,5х103-5х103 22,6

10-15 41,7 5х103-10х103 30,9

20-25 33,5 10х103-15х103 24,7

>25 10,6 15х103-20х103 18,4

>20х103 ~3

Среднее 18,2 нм 6,7х103 нм

Мода 16,7 нм 7,2х103 нм

Иная картина наблюдается при использовании в качестве электропроводящего наполнителя углеродных волокон марки УВИС АК-П. Участок А на кривой зависимости концентрации наполнителя от электропроводности значительно меньше, чем в случае использования Printex XE-2B и П805Э. Рост электропроводности наблюдается при содержании наполнителя ниже 3масс.% (рис.1, табл.4). Данное обстоятельство может быть связано с тем, что углеродные волокна более склонны к образованию электропроводящей сетки по сравнению с техническим углеродом. Кроме того, в интервале содержания углеродных волокон от 5 до 50% наблюдается практически прямолинейная зависимость электропроводности полимерных композиций от содержания углеродных волокон. Данный характер участка кривой связан, по-видимому, с ростом количества контактов во взаимопроникающей углеродной сетке с увеличением концентрации углеродных волокон, которая, в свою очередь, приводит к росту электропроводности полимерной композиции.

Таблица 4 Зависимость электропроводности полимерной композиции, наполненной УВИС АК-П, от содержания наполнителя

№ Содержание УВИС АК-П, % P, Омхмм2/см а, (Омхмм2/см)4 lg(a)

1 10 5х105 2,00х10-6 -5,70

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2 20 1,2х105 8,3х10-6 -5,08

3 30 2,7х104 3,8х10° -4,43

91

4 40 5,6х103 1,8х10-4 -3,75

5 50 1,3х103 7,8х10'4 -3,11

6 70 6,7х102 1,5х10-3 -2,82

Следует отметить, что электропроводность полимерных композиций, полученных на основе углеродных волокон, в целом ниже, чем электропроводящих ПКМ, полученных на основе технического углерода. Так, при содержании ТУ 20% марки Printex XE-2B lg(a) составляет -0,77, тогда как при концентрации УВ 20% lg(a) значительно ниже и равен -5,08. Указанное, по-видимому, следует связывать с природой электропроводящих частиц, а именно: с более низкой электропроводимостью углеродных волокон по сравнению с техническим углеродом.

Таким образом, показано что полиэтилен и полипропилен, наполненные техническим углеродом марки Printex XE-2B, показывают практически идентичную зависимость электропроводности от степени наполнения полимера.

Установлено, что при использовании высокоструктурированной марки технического углерода Printex XE-2B значение удельного электрического сопротивления 6,3 Омхмм2/см достигается при степени наполнения ~15%, а аналогичное значение электропроводности в случае использования П805Э достигается при степени наполнения ~70%. При наполнении полипропилена углеродными волокнами марки УВИС АК-П рост электропроводности полимерно-композиционного материала наблюдается при концентрации наполнителя 3-5%, тогда как увеличение электропроводности полимеров наполненных ТУ марки Printex XE-2B наблюдается при концентрации ~10% и для ТУ марки П805Э при концентрации > 50%.

Литература

1. DerekWeber. Electrically conductive composites in fuel cell applications. Pittsburg State University (2004).

2. Берлин Ал. Ал. Современные полимерные композиционные материалы(ПКМ). Сорросовский образовательный журнал, №1 (1995).

3. Newnham R.E., Skinner D.P., Klicker К.А. / Ferroelectrics. 1980. V.27. Р49-55.

4. Гроднев И.И. Электромагнитное экранирование в широком диапазоне частот. М.: Связь. 1972. 122 с.

5. Полонский Б.Н. Конструирование электромагнитных экранов для РЭА. М.: Сов. Радио. 1979. 216 с.

6. Алексеев А.Г. Корнев А.Е. Магнитные эластомеры. М.: Химия. 1987. 239с.

7. Composite materials handbook, Volume 1. Polymer matrix composites guidelines for characterizations of structural materials. USA Department of defense, june 2002.

8. Composite materials handbook, Volume 2. Polymer matrix composites materials propeties. USA Department of defense, june 2002.

9. Composite materials handbook, Volume 3. Polymer matrix composites materials usage, design and analysis. USA Department of defense, june 2002.

10. Paul J Glatkovski, Carbon nanotube based transparent conductive coatings. Eicos Inc. feb 2002.

11. J.F. Feller, S. Bruzaud, Y. Grohens, Influence of clay nanofiller on electrical and rheological properties of conductive polymer composite, Materials Letters 58 (2004) P 739-745

Соколенко И.В.

Аспирант, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова Работа выполнена в рамках гранта РФФИ, договор № НК 14-02-31050\14 от 12 марта 2014 года. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ

Аннотация

В работе рассматривается возможность использования полиэдральных олигомерных силсесквиоксанов для синтеза полимерных радиационно-стойких композитов.

Ключевые слова: полимерный композит, наполнитель, матрица.

Sokolenko I.B.

Graduate student, Belgorod state technological university named after. Shoukhov V.G ADVANCED POLYMER COMPOSITES FOR FILLERS

Abstract

In this paper we describe the use ofpolyhedral oligomeric silsesquioxanes for the synthesis of radiation-resistant polymer composites

Keywords: polymer composite, filler, matrix.

Полимерные композиты, благодаря хорошим механическим, термооптическим, электрофизическим свойствам и химической стойкости широко используются в космической технике в качестве терморегулирующих покрытий наружных поверхностей космических аппаратов, обшивки солнечных батарей, экранно-вакуумной теплоизоляции и т. д. [1-3].

Большое внимание уделяется воздействию космического пространства на полимерные материалы терморегулирующего назначения в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова [4-8]. В работах [9-14] рассматриваются вопросы получения и исследования свойств композитов на основе различных полимеров и наполнителей.

В качестве наполнителя для радиационно-стойких полимерных композитов большой интерес представляют полиэдральные олигомерные силсесквиоксаны (ПОСС), химическое строение которых можно представить общей формулой (RSiO15)n с n = 6, 8, 10, ..., где R - органический радикал, в т.ч. несущий реакционно-способную группу. Термин «силсесквиоксаны» указывает на соотношение между числом атомов кислорода и кремния: sesqui=1,5.

Новизна разработки заключается в том, что впервые исследована возможность использования химически сшитых POSS-полимеров, при создании которых в качестве наполнителя используется полиэдральный олигомерный силсесквиоксан (POSS), состоящий из органических и неорганических объектов и имеющий нанопористую структуру, а в качестве матрицы -ударопрочный полистирол.

Установлено, что общая потеря массы при обработке вакуумом и вакуумным ультрафиолетом не превышает 1 % от первоначальной массы, что соответствует нормативным параметрам, для использования данных материалов в космическом пространстве.

Установлено, что введение наполнителя в матрицу, подвергнутого воздействию кислородной плазмы, приводит к снижению коэффициента поверхностной эрозии (в 10 раз) разработанного композита по сравнению с известными зарубежными аналогами. Доказано, что увеличение концентрации полиэдрального олигомерного силсесквиоксана (POSS) приводит к повышению коэффициента отражения полистирольного композита в оптическом диапазоне длин волн (0,24..0,2 мкм) в 2,2-2,7 раза по сравнению с чистым полистиролом и значительно повышает стойкость композита к воздействию электронного облучения.

Литература

1. Павленко В.И., Едаменко О.Д., Ястребинский Р.Н., Черкашина Н.И. Радиационно-защитный композиционный материал на основе полистирольной матрицы // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. -2011. - №3. - С. 113-116.

92

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.