CC BY
61УДК 678.7
Лишних М.А.
студент 2 курса магистратуры Тамбовский государственный технический университет
(г. Тамбов, Россия)
ОСОБЕННОСТИ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Аннотация: в данной статье рассматриваются основные понятия композитных материалов, перспективы создания нанокомпозиционных материалов с использованием полимеров и наполнителей, имеющих размер частиц, лежащий в нанодиапазоне.
Ключевые слова: наноматериалы, нанокомпозит, композит, полимер.
Композиционный материал (КМ) — двух и более составной материал (состоящий из дискретных элементов и соединяющей их матрицы) и обладающий определенными свойствами, отличными от свойств составляющих их компонентов. Дискретные наполнители могут выполнять пассивную роль -служить в качестве наполнителя или активно использоваться в качестве армирующих (упрочняющих) элементов. Инертные наполнители часто используются для уменьшения стоимости композита, уменьшая расход связующего. Активные наполнители используются для изменения механических или функциональных свойств (прочность, цвет, электро- и теплопроводность, придание радиопоглащающих или радиопрозрачных свойств).
Появление нанокомпозитов было весьма логичной эволюцией обычных композиционных материалов, которые широко применяются и по настоящее время. Нанокомпозиты (НК) - это материалы, полученные при введении наноразмерных частиц (наполнителей) в структурообразующую твердую или пластичную фазу (матрицу). Одним из отличительных признаков обычных композиционных материалов от нанокомпозитов является значительно более
развитая (на порядок и выше) удельная поверхность частиц наполнителя, которая играет очень важную роль в процессах взаимодействия между матрицей и наполнителем. Поэтому свойства нанокомпозитов в гораздо большей степени по сравнению с обычными композиционными материалами зависят от морфологии частиц наполнителя и характера взаимодействия компонентов на границе раздела фаз. Основное требование к нанонаполнителям - частицы должны иметь по крайней мере один значительный геометрический размер (длина, ширина или толщина), лежащие в нанометровом диапазоне (10-100 нм). Так же и сама матрица может иметь наноразмерную структуру. Но это было бы невозможным без появления в прошлом столетии наноструктурированных борных и углеграфитовых волокон, в своём развитии конструкционные композиты всё больше поглощали наноструктурированные компоненты, внедряясь и в границу раздела, и в матрицу.
Композиты зачастую встречаются в природе, где можно найти множество примеров использования их в качестве конструкционных и функциональных материалов, из которых «построены» живые организмы, которые обеспечивают решение целого ряда механических и функциональных свойств. Стебли растений, древесина, кости, кожа и морские ракушки - одни из самых распространённых примеров композитов. Даже биологические клетки попадают под определение нанокомпозит, применяемые в качестве конструкционных и функциональных материалов. Как правило, материалы, созданные природой, превосходят по своим качественным характеристикам те, что созданы человеком искусственно. Удельные свойства этих материалов, например, отношение предела прочности к плотности ав/р или отношение модуля упругости к плотности Е/р значительно лучше созданных руками человека. Однако, удельные качества искусственных композитов оказываются лучше аналогичных свойств природных материалов.
При разработке и изготовлении новых композиционных и нанокомпозиционных материалов (НК) и конструкций из них приходится особое
внимание уделять влиянию внешних условий (температура, влажность, давление и др.) на механические характеристики этих материалов. Композиты обладают рядом специфических свойств, которые мало характерны для традиционных конструкционных материалов, например, многие обладают значительной ползучестью.
Основной целью создания НК и КМ является объединение схожих или различных компонентов для получения материала с новыми и, что особенно важно, заданными свойствами и характеристиками, отличными от свойств и характеристик исходных компонентов. Появление КМ сделало возможным целенаправленный отбор материалов, обладающих необходимыми свойствами для каждой конкретной области применения. А области применения композитов и нанокомпозитов простираются от изготовления игрушек до изготовления элементов космических аппаратов и протезов.
Выбор компонентов при изготовлении конкретного материала зависит от многих факторов. Помимо прочностных характеристик и совместимости компонентов значительную роль играют стоимость их производства, экологическая безопасность, а особенно важная роль, т.к. мы говорим о наномире, доступность соответствующих технологий. Композиты находят применение как заменители традиционных конструкционных материалов (конкурируя с ними по уровню своих механических свойств), так и в качестве специально создаваемых функциональных материалов, обладающих некоторыми специальными свойствами, ради которых они и создавались — теплозащитные, радиопрозрачные, антикоррозионные, электроизоляционные и т. п.
Композиты на полимерной основе преобладают в общем объеме производства. Наиболее распространённые полимерные матрицы: полиэфиры, фенолы, эпоксидные компаунды, силиконы, алкиды, меламины, полиамиды, фторуглеродные соединения, полипропилен, полиэтилен, полистирол и т. п. Связующие часто делят на термопласты (способные размягчаться и затвердевать
при изменении температуры) и реактопласты или термореактивные смолы (в которых при нагревании и (или) в присутствии отвердителя происходят необратимые структурные и химические превращения). Наибольшее распространение в качестве матрицы получили термореактивные связующие.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
С.Н. Чвалун. Полимерные нанокомпозиты / С.Н. Чвалун // Природа. - 2000. - №27. - С. 1-12.
Аскадский, А.А. Введение в физико-химию полимеров / А.А. Аскадский, А.Р. Хохлов. - М.: Научный мир, 2009. - 384 c.
Кербер, М. Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учебное пособие / М. Л. Кербер, В. М. Виноградов, Г. С. Головкин и др.; под ред. А. А. Берлина. - СПб.: Профессия, 2008. - 560с.
Lishnih M.A.
2nd grade master student Tambov State Technical University (Russia, Tambov)
ASPECTS OF NANOCOMPOISTE MATERIALS
Abstract: this article discusses the basic concepts of composite materials, the prospects for creating nanocomposite materials using polymers and fillers with a particle size lies withing nanorange.
Keywords: nanomaterials, nanocomposite, composite, polymer.
