Спосіб отримання полімерних композитних матеріалів з нановуглецевим наповнювачем

Реферат: Спосіб отримання полімерних композитних матеріалів з нановуглецевим наповнювачем, в якому нановуглецевий наповнювач із закріпленими на його поверхні феромагнітними наночастинками розподіляють та орієнтують магнітним полем в полімерній матриці. Феромагнітні наночастинки хімічно закріплюють на поверхні нановуглецевого наповнювача і в полімерній матриці розподіляють та орієнтують їх магнітним полем заданої конфігурації. UA 99680 U (12) UA 99680 U UA 99680 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів одержання композитних матеріалів з заданим розподілом наповнювача в полімерній матриці. Відомо спосіб одержання композиційних матеріалів з заданим розподілом наповнювача, який полягає в тому, що наповнювач заздалегідь механічно розподіляють, створюючи необхідну конфігурацію, а потім простір між наповнювачем заповнюють полімерною матрицею. [Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение, М.: Машиностроение, 1990, 528 с, - С. 475-482]. Недоліком цього способу є те, що для дисперсного наповнювача неможливо створити просторову структуру. Відомо спосіб виготовлення нанокомпозитів із графітовим нанопластинками та приліпленими на них. залізними частинками, орієнтованими в магнітному полі [Patent USA. Magnetic Graphite Nanoplatelets. United Stares Patent Application 2010/0003530 A1]. Недоліком цього способу є те, що, при механічному перемішуванні закріплені на графіті залізні частинки, не є стійкими для використання при створенні просторових структур. В основу корисної моделі поставлена задача отримання полімерних композитних матеріалів з нановуглецевим наповнювачем полягає в отриманні композитних матеріалів з просторовонеоднорідним розподілом нановуглецевого наповнювача в полімерній матриці. Спосіб отримання полімерних композитних матеріалів з нановуглецевим наповнювачем, в якому нановуглецевий наповнювач із закріпленими на його поверхні феромагнітними наночастинками, розподіляють та орієнтують магнітним полем в полімерній матриці, в якому, згідно з корисною моделлю, феромагнітні наночастинки хімічно закріплюють на поверхні нановуглецевого наповнювача і в полімерній матриці розподіляють та орієнтують їх магнітним полем заданої конфігурації. Спосіб отримання полімерних композитних матеріалів з нановуглецевим наповнювачем, в якому нановуглецевий наповнювач із хімічно закріпленими на його поверхні феромагнітними наночастинками, розподіляють та орієнтують в полімерній матриці магнітним полем заданої конфігурації. Спосіб дозволяє отримати композитні матеріали із заданим розподілом нановуглецевого наповнювача. Спосіб створює композитний матеріал, у якому феромагнітні наночастинки хімічно закріплюють на поверхні нановуглецевого наповнювача і в полімерній матриці розподіляють та орієнтують їх магнітним полем заданої конфігурації. Тобто, нановуглецевий наповнювач буде розміщений вздовж певних ліній, кілець або інших фігур, утворюючи макроскопічні волокна. Спосіб отримання полімерних композитних матеріалів з нановуглецевим наповнювачем пояснюється ілюстраціями: Фіг. 1 Схема отримання композитних матеріалів з просторово-неоднорідним розподілом нановуглецевого наповнювача, де: 1 - постійний магніт; 2 - форма з сумішшю; 3 - п'єзоперетворювач; 4 - концентратори магнітного поля. Фіг. 2 - моделі композитних матеріалів із заданим розподілом нановуглецевого наповнювача: а) у вигляді кілець: 5 - епоксидна матриця; 6 - нановуглецевий наповнювач; б) у вигляді ліній, стержнів, тонких циліндрів, волокон, тощо. Фіг. 3 - фотографія зразків із розподілом нановуглецевого наповнювача у вигляді кілець. Фіг. 4 - фотографія зразка із розподілом наповнювача у вигляді паралельних шарів, отримана за допомогою мікрохвильового мікроскопу. Спосіб отримання полімерних композитних матеріалів з нановуглецевим наповнювачем виконується таким чином. Схему виконання способу зображено на Фіг. 1 - схема отримання композитних матеріалів з просторово-неоднорідним розподілом нановуглецевого наповнювача, де: 1 - постійний магніт; 2 - форма з сумішшю; 3 - п'єзоперетворювач; 4 - концентратори магнітного поля. На поверхні нановуглецевого наповнювача хімічно закріплюють феромагнітні наночастинки. Порошок, що утворився, нановуглецевого наповнювача з хімічно закріпленими на його поверхні феромагнітними наночастинками, вводять у рідкофазну полімерну матрицю. Форму з отриманою сумішшю розміщують у магнітному полі заданої конфігурації. Магнітне поле заданої конфігурації, що визначається формою концентраторів, розподіляє по об'єму матриці нановуглецевий наповнювач з хімічно закріпленими на його поверхні наночастинками. Для активації розосередження і для однорідності розподілу порошку, нановуглецевого наповнювача з хімічно закріпленими на його поверхні наночастинками, у рідкофазній полімерній матриці проводять ультразвукове диспергування. Фіг. 2 - моделі композитних матеріалів із заданим 1 UA 99680 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розподілом нановуглецевого наповнювача: а) у вигляді кілець: 5 - епоксидна матриця; 6 нановуглецевий наповнювач; б) у вигляді ліній, стержнів, тонких циліндрів, волокон, тощо. Суміш залишають під дією магнітного поля до повного отвердження, полімеризації матриці. Основні вимоги до наповнювача, що застосовувався у способі, що заявляється: нанорозміри - товщина пластинок графіту коливається від 5 до 20 нм, латеральні розміри частинок від 1 до 10 мкм; феромагнітні характеристики - наповнювач на основі терморозширеного графіту, наявність нанорозмірних частинок феромагнітного металу (Fe, Ni, Co) хімічно закріплених на поверхні пластинок нанографіту. Приклад 1 Розчин епоксидної смоли готують шляхом додавання до смоли ацетону у співвідношенні 3 в.ч. ЕД20:1 в.ч. ацетону, розмішують. Поступово, перемішуючи скляною паличкою, додають вуглецевий наповнювач ТРГ-Ni в розчин ЕД20 із розрахунку отримання KM із 0,5 ваг. % ТРГ-Ni. З метою активації однорідного розосередження наповнювача в епоксидній матриці проводять ультразвукове диспергування композитної суміші в ультразвуковому диспергаторі УЗДН-А протягом 20 годин. У композитну суміш ТРГ-Ni-ЕД20 додають пластифікатор дибутилфталат ДБФ у співвідношенні 10 в.ч. ЕД20:2,5 в.ч. ДБФ, ретельно перемішують. У композитну суміш ТРГ-Ni-ЕД20+ДБФ додають отверджувач поліетиленополіамін ПЕ-ПА у співвідношенні 10 в.ч. ЕД20:1 в.ч. ПЕ-ПА, ретельно перемішують. Рідку в'язку композитну суміш виливають у тефлонову форму, яку розміщують у магнітному полі заданої конфігурації, яку зображено на Фіг. 2а. Середнє значення індукції магнітного поля 0,4 Тл. Для активації процесу розосередження, деагломерування наповнювача ТРГ-Ni, до 2 композитної суміші підводять ультразвук інтенсивністю 0,5 Вт/см протягом 1 хв. Форму із зразком композитної суміші залишають під дією магнітного поля до повного отвердження епоксидної смоли - полімеризації, що становить 24 години. Проводять заключне сушіння зразка протягом 4 годин при ступеневому підвищенні температури від 50 до 80 °C. Отримують зразок у вигляді "шайби", з розподілом наповнювача у вигляді двох концентричних кілець. Фіг. 3 - фотографія зразків із розподілом нановуглецевого наповнювача у вигляді кілець. Зразок в: діаметри кілець із наповнювача 5 та 11 мм, товщина 1 і 1,5 мм, відповідно. Приклад 2 Виконують аналогічно прикладу 1 за відмінності розмірів зразка. Отримують зразок у вигляді "шайби" із наповнювачем, розподіленим у вигляді трьох концентричних кілець та стержня вздовж вертикальної вісі зразка. Фіг. 3 Фотографія зразків із розподілом нановуглецевого наповнювача у вигляді кілець. Зразок г: діаметри кілець 1, 5 та 8 мм, товщина 0,3 та 0,6 та 1 мм, відповідно та стержень діаметром 1 мм вздовж вертикальної вісі зразка. Приклад 3 Розчин епоксидної смоли готують шляхом додавання до смоли ацетону у співвідношенні 3 в.ч. ЕД20:1 в.ч. ацетону, розмішують. Поступово, перемішуючи скляною паличкою додають вуглецевий наповнювач ТРГ-Со в розчин ЕД20 із розрахунку отримання KM із 1 ваг. % ТРГ-Со. З метою активації однорідного розосередження наповнювача в епоксидній матриці проводять ультразвукове диспергування композитної суміші в ультразвуковому диспергаторі УЗДН-А протягом 20 годин. У композитну суміш ТРГ-Со-ЕД20 додають пластифікатор дибутилфталат ДБФ у співвідношенні 10 в.ч. ЕД20:2,5 в.ч. ДБФ, ретельно перемішують. У композитну суміш ТРГ-Со-ЕД20+ДБФ додають отверджувач поліетиленополіамін ПЕ-ПА у співвідношенні 10 в.ч. ЕД20:1 в.ч. ПЕ-ПА, ретельно перемішують. Рідку в'язку композитну суміш виливають у тефлонову форму, яку розміщують у магнітному полі конфігурації, яка зображена на Фіг. 2б. Середнє значення індукції магнітного поля порядку 0,4 Тл. Для активації процесу розосередження, деагломерування наповнювача ТРГ-Со, до 2 композитної суміші підводять ультразвук інтенсивністю 0,5 Вт/см протягом 1 хв. Форму із зразком композитної суміші залишають під дією магнітного поля до повного ствердження епоксидної смоли - полімеризації, що становить 24 години. Проводять заключне сушіння зразка протягом 4 годин при ступеневому підвищенні температури від 50 до 80 °C. 3 Отримують зразок у вигляді пластинки розмірами 15×10×4 мм із розподілом наповнювача ТРГ-Со у вигляді паралельних шарів товщиною близько 0,5 мм, що чергуються із шарами 2 UA 99680 U 5 10 15 20 епоксидної смоли, товщиною близько 1,5 мм. Фіг. 4 - фотографія зразка із розподілом наповнювача у вигляді паралельних шарів, отримана за допомогою мікрохвильового мікроскопу. Таким чином, спосіб отримання полімерних композитних матеріалів з нановуглецевим наповнювачем дозволяє створювати композитні матеріали з нановуглецевим наповнювачем, в якому нановуглецевий наповнювач розподіляється в полімерній матриці заданим чином в один етап. Спосіб отримання полімерних композитних матеріалів з нановуглецевим наповнювачем може знайти широке застосування у галузі виробництва засобів селективного захисту від електромагнітного випромінювання, різноманітних радіотехнічних виробів і може бути використаний при створенні матеріалів для селективних захисних екранів та покриттів від електромагнітного випромінювання, випромінюючих елементів, електронагрівальних пристроїв тощо. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб отримання полімерних композитних матеріалів з нановуглецевим наповнювачем, в якому нановуглецевий наповнювач із закріпленими на його поверхні феромагнітними наночастинками, розподіляють та орієнтують магнітним полем в полімерній матриці, який відрізняється тим, що феромагнітні наночастинки хімічно закріплюють на поверхні нановуглецевого наповнювача і в полімерній матриці розподіляють та орієнтують їх магнітним полем заданої конфігурації. 3 UA 99680 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4