EA024552B1 - Способ приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита - Google Patents
Способ приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита Download PDFInfo
- Publication number
- EA024552B1 EA024552B1 EA201401314A EA201401314A EA024552B1 EA 024552 B1 EA024552 B1 EA 024552B1 EA 201401314 A EA201401314 A EA 201401314A EA 201401314 A EA201401314 A EA 201401314A EA 024552 B1 EA024552 B1 EA 024552B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- nano
- dispersion
- suspension
- tubes
- nanosuspension
- Prior art date
Links
- 239000006070 nanosuspension Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 6
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract description 9
- 238000004040 coloring Methods 0.000 abstract 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 abstract 2
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 abstract 1
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 abstract 1
- 239000002990 reinforced plastic Substances 0.000 abstract 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 4
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- -1 for example Polymers 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
- C08J3/205—Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
- G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N2015/0038—Investigating nanoparticles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области изготовления полимерных нанокомпозитов на реактопластичном связующем для космических, авиационных, строительных и других конструкций (стеклопластиков, углепластиков, органопластиков и др.). Задачей изобретения является повышение прочности нанокомпозита за счет оптимизации времени диспергирования углеродных нанотрубок в связующем с целью достижения максимальной степени диспергирования углеродных нанотрубок. В способе приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита, включающем введение углеродных нанотрубок в состав реактопластичного связующего при ультразвуковом воздействии, с учетом соответствия степени диспергирования углеродных нанотрубок интенсивности окраски наносуспензии диспергирование производят с одновременной фоторегистрацией наносуспензии, по изменению интенсивности окраски вычисляют нормированную степень диспергирования наночастиц и прекращают ультразвуковое воздействие при достижении ею значения в диапазоне 0,9-0,99.
Description
Изобретение относится к области изготовления полимерных нанокомпозитов на реактопластичном связующем для космических, авиационных, строительных и других конструкций (стеклопластиков, углепластиков, органопластиков и др.).
Уровень техники
Введение в состав полимерного, например полиэфирного, связующего нанокомпозита углеродных нанотрубок (УНТ), образуя таким образом наносуспензию для изготовлении нанокомпозита, существенно повышает прочностные свойства изделий. Причем оптимальная концентрация и равномерное распределение УНТ в связующем играют определяющую роль.
Известны способы приготовления наносуспензии при изготовлении нанокомпозита. Например, для равномерного распределения заранее определенного количества УНТ по объему связующего применяют специальные мешалки с лопастями и камерами прессования с применением также ионизации наночастиц (патент РФ № 2301771, МПК В82В 3/00, опубликовано 27.06.2007).
Наиболее близким техническим решением является способ изготовления композита полимер/углеродные нанотрубки (патент РФ № 2400462, МПК С07С 1/00, В82В 1/00, опубликовано 27.09.2010), в котором для равномерного распределения наночастиц применяют ультразвуковое (УЗ) воздействие на смесь. Ультразвуковое воздействие обеспечивает разрушение агломератов из УНТ и равномерное распределение агломератов все меньшей степени (размера) по объёму наносуспензии, однако определение времени диспергирования УНТ в данном способе не предусмотрено. Недостаточное время обработки не обеспечивает равномерности распределения наночастиц, а при продолжительном процессе диспергирования начинаются процессы разрушения УНТ, рвутся наиболее длинные из них, что приводит к уменьшению прочности изготавливаемого композита.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является повышение прочности нанокомпозита за счет оптимизации времени диспергирования УНТ в связующем с целью достижения максимальной степени диспергирования УНТ.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита, включающем введение углеродных нанотрубок в состав реактопластичного связующего при ультразвуковом воздействии, с учетом соответствия степени диспергирования углеродных нанотрубок интенсивности окраски наносуспензии, диспергирование производят с одновременной фоторегистрацией наносуспензии, по изменению интенсивности окраски вычисляют нормированную степень диспергирования наночастиц и прекращают ультразвуковое воздействие при достижении ею значения в диапазоне 0,9-0,99.
Перечень чертежей
На фиг. 1 приведен пример графической зависимости НСД УНТ от времени обработки. На фиг. 2 показаны фото УНТ в исходном состоянии (агломерированном) и после диспергирования.
Осуществление изобретения
Установлено, что степень диспергирования наночастиц УНТ при заданной концентрации УНТ соответствует интенсивности окраски наносуспензиии, изменяющейся по мере проведения процесса диспергирования при УЗ воздействии. Наилучшие прочностные свойства композит получает в том случае, когда разрушены все агломераты и УНТ равномерно распределены по объему связующего. В этом случае интенсивность окраски наносуспензии принимает максимальное установившееся значение для конкретного соотношения УНТ и связующего, и при дальнейшем воздействии ультразвука не меняется. Определим, что в этом случае наносуспензия имеет нормированную степень диспергирования (НСД), равную 1 (единице). Введение параметра НСД (пропорциональной интенсивности окраски наносуспензии) позволяет оценивать и сравнивать степень диспергирования наносуспензии с самыми разными концентрациями УНТ, поскольку конкретные значения интенсивностей окраски будут различаться и порой весьма существенно. Сразу после введения УНТ в связующее степень диспергирования равна нулю, поскольку вводятся УНТ в виде агломерата, и при смешивании со связующим в условиях УЗ воздействия НСД изменяется от нуля до определенного значения.
По мере деагломерирования и равномерного распределения частиц в связующем происходит изменение интенсивности окраски наносуспензии от прозрачного состояния, через постепенное помутнение до достижения интенсивностью окрашивания установившегося значения. Установившийся уровень интенсивности достигается при определенном времени обработки, при превышении которого уже либо не происходит разрушения остающихся агломератов, либо все наночастицы УНТ распределены равномерно (агломераты в наносуспензии в этом случае отсутствуют). Продолжение процесса УЗ воздействия сверх этого значения бесполезно с точки зрения достижения лучшего диспергирования и вредно с точки зрения сохранности УНТ, которые при длительном УЗ воздействии могут нарушать свою целостность.
Указанный способ реализуют следующим образом.
После предварительно полученной оптимальной концентрации УНТ в связующем, в качестве которого выбрано полиэфирное, необходимое количество УНТ вводят в жидкотекучее реактопластичное связующее нанокомпозита. После предварительного ручного (или механического) перемешивания УНТ со связующим в смесь вводят УЗ излучатель, подают напряжение на УЗ генератор. УЗ обработка образую- 1 024552 щейся наносуспензии происходит с интенсивностью в кавитационной зоне в пределах не менее 15-20 квт/м2.
При этом ведут фотосъемку (или видеосъемку) направленной камерой через прозрачную стенку сосуда, в котором проводят процесс смешивания УНТ. Обработку изображений по интенсивности окраски и вычисление значений НСД ведут с помощью компьютерной программы 1таде Лиа1у818 - МеФа СуЬетейек 1таде Рго Р1ик 6.0. Кадры фоторегистрации выбирают с периодичностью 1-4 с для того, чтобы полученные значения НСД позволяли построить кривую их изменения достаточно адекватно, учитывая, что время диспергирования наносуспензии, как показывает практика, составляет примерно от 10 до 20-30 с.
По мере диспергирования УНТ интенсивность окраски (цвет - серо-черный) наносуспензии возрастает, стремясь к определенному установившемуся значению, соответствующему полному диспергированию нанотрубок в связующем. Это состояние характеризуется полным отсутствием агломератов и на графике зависимости НСД наночастиц от времени обработки соответствует НСД= 1.
Все промежуточные значения НСД лежат в пределах от 0 до 1. Графики строят для параметра НСД, поскольку конкретные значения интенсивности окрашивания для каждой наносуспензии будут индивидуальны, и анализировать график таких индивидуальных интенсивностей будет значительно сложнее.
На фиг. 1 показан график изменения НСД реального процесса диспергирования, причем линия 1 соответствует экспериментальным данным, полученным на основе фоторегистрации, а линия 2 - сглаженная аппроксимация экспериментальной кривой. Исходя из вышеизложенного, для данного примера необходимое время УЗ обработки, при котором значение НСД наночастиц достигает значения, близкого к единице, соответствует 12-14 с, а время начала массового деагломерирования УНТ составляет 6,4 с. Отсюда следует вывод, что можно достаточно точно задать время УЗ-обработки, соответствующее достижению интенсивностью заранее заданного значения. Для производственных целей определены пределы таких значений в интервале 0,9-0,99.
Необходимо отметить, что данный способ позволяет нивелировать параметры УЗ воздействия, которые могут менять форму графика и смещать его по времени.
На фиг. 2(а) показаны углеродные нанотрубки в исходном состоянии (агломерированные) (НСД=0), и на фиг. 2(б) - нанотрубки, равномерно распределенные в жидкотекучем связующем, здесь НСД практически равна (очень близка) единице.
Claims (1)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯСпособ приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита, включающий введение углеродных нанотрубок в состав реактопластичного связующего и диспергирование при ультразвуковом воздействии, отличающийся тем, что диспергирование проводят с одновременной фоторегистрацией изменения интенсивности окраски наносуспензии и при достижении значений интенсивности окраски, соответствующих значениям нормированной степени диспергирования в диапазоне 0,9-0,99, ультразвуковое воздействие прекращают, при этом нормированную степень диспергирования определяют предварительно.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012124228/04A RU2500695C1 (ru) | 2012-06-13 | 2012-06-13 | Способ приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита |
| PCT/RU2012/001092 WO2013187794A1 (ru) | 2012-06-13 | 2012-12-21 | Способ приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201401314A1 EA201401314A1 (ru) | 2015-03-31 |
| EA024552B1 true EA024552B1 (ru) | 2016-09-30 |
Family
ID=49710977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201401314A EA024552B1 (ru) | 2012-06-13 | 2012-12-21 | Способ приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA024552B1 (ru) |
| RU (1) | RU2500695C1 (ru) |
| WO (1) | WO2013187794A1 (ru) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2605814C1 (ru) * | 2015-06-26 | 2016-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью ООО "НОВЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ" | Способ обработки мелкозернистых и гибридных композиционных пломбировочных материалов |
| RU2743565C1 (ru) * | 2019-12-31 | 2021-02-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ повышения прочности на разрыв волокнистых композитов с помощью упрочнения межфазной границы матрица-наполнитель углеволокон функционализированными углеродными нанотрубками |
| RU2743566C1 (ru) * | 2019-12-31 | 2021-02-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Способ повышения прочности на разрыв волокнистых композитов с помощью предварительной модификации углеволокон углеродными нанотрубками и молекулами, содержащими аминогруппы |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU179079A1 (ru) * | Б. С. Тульчинский, Л. К. Дереза , В. Б. Названов | Способ определения качества суспензии из волокнистого сырья | ||
| SU1500917A1 (ru) * | 1987-07-13 | 1989-08-15 | Винницкий политехнический институт | Устройство контрол концентрации взвешенных частиц |
| US20040198887A1 (en) * | 2003-04-01 | 2004-10-07 | Brown Steven E. | Methods of selecting and developing a partculate material |
| RU2400462C1 (ru) * | 2009-04-09 | 2010-09-27 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Способ изготовления композита полимер/углеродные нанотрубки на подложке |
| RU2415884C2 (ru) * | 2008-12-01 | 2011-04-10 | Институт новых углеродных материалов и технологий (Закрытое акционерное общество), (ИНУМиТ (ЗАО)) | Способ получения наномодифицированного связующего, связующее и препрег на его основе |
-
2012
- 2012-06-13 RU RU2012124228/04A patent/RU2500695C1/ru active
- 2012-12-21 WO PCT/RU2012/001092 patent/WO2013187794A1/ru not_active Ceased
- 2012-12-21 EA EA201401314A patent/EA024552B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU179079A1 (ru) * | Б. С. Тульчинский, Л. К. Дереза , В. Б. Названов | Способ определения качества суспензии из волокнистого сырья | ||
| SU1500917A1 (ru) * | 1987-07-13 | 1989-08-15 | Винницкий политехнический институт | Устройство контрол концентрации взвешенных частиц |
| US20040198887A1 (en) * | 2003-04-01 | 2004-10-07 | Brown Steven E. | Methods of selecting and developing a partculate material |
| RU2415884C2 (ru) * | 2008-12-01 | 2011-04-10 | Институт новых углеродных материалов и технологий (Закрытое акционерное общество), (ИНУМиТ (ЗАО)) | Способ получения наномодифицированного связующего, связующее и препрег на его основе |
| RU2400462C1 (ru) * | 2009-04-09 | 2010-09-27 | Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" | Способ изготовления композита полимер/углеродные нанотрубки на подложке |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2500695C1 (ru) | 2013-12-10 |
| EA201401314A1 (ru) | 2015-03-31 |
| WO2013187794A1 (ru) | 2013-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| da Costa et al. | RTM processing and electrical performance of carbon nanotube modified epoxy/fibre composites | |
| Rodríguez et al. | Development of mechanical properties in dental resin composite: Effect of filler size and filler aggregation state | |
| Honorato-Rios et al. | Equilibrium liquid crystal phase diagrams and detection of kinetic arrest in cellulose nanocrystal suspensions | |
| Bethi et al. | Novel hybrid system based on hydrodynamic cavitation for treatment of dye waste water: A first report on bench scale study | |
| CN106366615A (zh) | 一种用于三维打印的纳米纤维素/光固化树脂材料及其制备方法与应用 | |
| JP2015092032A5 (ja) | シート製造装置、シート製造方法、及びこれらにより製造されるシート、並びに、これらに用いる複合体、その収容容器、及び複合体の製造方法 | |
| EA024552B1 (ru) | Способ приготовления наносуспензии для изготовления полимерного нанокомпозита | |
| Gharde et al. | Recent advances in additive manufacturing of bio-inspired materials | |
| Luo et al. | Preparation and characterization of TiO2/polystyrene core–shell nanospheres via microwave-assisted emulsion polymerization | |
| Gowda et al. | Nanofibril alignment during assembly revealed by an X-ray scattering-based digital twin | |
| CN106280327A (zh) | 一种石墨烯改性的抗菌型磁性复合材料 | |
| Munier et al. | Assembly of cellulose nanocrystals and clay nanoplatelets studied by time-resolved X-ray scattering | |
| Nguyen et al. | Role of GO and photoinitiator concentration on curing behavior of PEG-based polymer for DLP 3D printing | |
| Sun et al. | Integrated microfluidic device for the spherical hydrogel pH sensor fabrication | |
| CN103483657B (zh) | 一种阻燃橡胶的再加工方法 | |
| Sumarji et al. | The effect of particle dispersion due to mixing speed on spent coffee ground composites | |
| Chen et al. | Agglomerate size evolution in modular twin‐screw extruder: Modeling and validation with CaCO3/LLDPE compounding experiments | |
| CN106009574A (zh) | 一种抗菌型的3d打印用磁性复合材料 | |
| JP7036336B2 (ja) | 複合スラリーの製造方法 | |
| CN103801241A (zh) | 利用微反应装置及外加磁场制备显色光子晶体微球的方法 | |
| KR102725460B1 (ko) | 유변학적 평가 방법을 이용한 나노복합재 수지의 제조 방법 및 그 나노복합재 수지를 포함하는 나노복합체의 제조 방법 | |
| Marnot et al. | Print Speed Optimization for UV-Assisted 3D Printing of Lunar Regolith Simulants Composite Inks | |
| RU2497843C2 (ru) | Способ изготовления высокопрочного полимерного нанокомпозита | |
| Asmaoğlu et al. | Synthesis and characterization of multi‐hollow opaque polymer pigments | |
| Manne et al. | Structurally colored silica foams using colloidal templating |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |