RU2446187C2 - Method of producing polymer nanocomposite - Google Patents
Method of producing polymer nanocomposite Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446187C2 RU2446187C2 RU2010124294/05A RU2010124294A RU2446187C2 RU 2446187 C2 RU2446187 C2 RU 2446187C2 RU 2010124294/05 A RU2010124294/05 A RU 2010124294/05A RU 2010124294 A RU2010124294 A RU 2010124294A RU 2446187 C2 RU2446187 C2 RU 2446187C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermoplastic
- mixing
- dnd
- polymer
- composites
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к полимерным композиционным материалам с нанонаполнителями, и может быть использовано для получения конструкционных материалов с повышенными механическими и теплофизическими характеристиками, стойкими к агрессивным средам. Такие материалы могут быть использованы для изготовления корпусов, полимерных пар трения (шестерни, подшипники и т.п.), а также в аэрокосмической отрасли, как обладающие повышенными механическими свойствами и стойкостью к агрессивным средам.The invention relates to the field of nanotechnology, namely to polymer composite materials with nanofillers, and can be used to obtain structural materials with enhanced mechanical and thermophysical characteristics that are resistant to aggressive environments. Such materials can be used for the manufacture of casings, polymer friction pairs (gears, bearings, etc.), as well as in the aerospace industry, as having enhanced mechanical properties and resistance to aggressive environments.
В настоящее время одним из наиболее перспективных: путем изготовления материалов нового поколения считается создание нанокомпозитов. Применение наночастиц в качестве наполнителей полимеров дает возможность на одной и той же полимерной матрице получить ряд материалов с улучшенными механическими свойствами.Currently, one of the most promising: by manufacturing materials of a new generation is the creation of nanocomposites. The use of nanoparticles as polymer fillers makes it possible to obtain a number of materials with improved mechanical properties on the same polymer matrix.
Наноалмазы детонационного синтеза (ДНА), обладающие превосходными физическими и механическими свойствами, весьма перспективны с точки зрения использования их в качестве наноразмерных модификаторов полимеров. Методы их получения хорошо изучены [1, 2]. ДНА сочетают в себе комплекс полезных свойств - размер 4-6 нм, химическую стойкость ядра и высокую адсорбционную способность периферической оболочки, что обеспечивает эффективную модификацию полимерных термопластичных матриц.Detonation synthesis nanodiamonds (DND), which have excellent physical and mechanical properties, are very promising from the point of view of their use as nanoscale polymer modifiers. The methods for their preparation are well studied [1, 2]. DNDs combine a set of useful properties - size 4-6 nm, chemical resistance of the core and high adsorption capacity of the peripheral shell, which provides an effective modification of polymer thermoplastic matrices.
Нанонаполнители, используемые для получения композитов конструкционного назначения, представляют собой твердые дисперсии (порошки), в которых наночастицы агломерированы. В существующих традиционных схемах получения композитов путем введения таких дисперсий в расплав полимерной матрицы разрушения агломератов не происходит. Более того, при сдвиге может происходить концентрирование агломерированных частиц в виде стрингов [3]. В результате не удается получить нанокомпозит, характеризуемый высокой дисперсностью и однородностью распределения частиц наполнителя в полимерной матрице.The nanofillers used to produce structural composites are solid dispersions (powders) in which the nanoparticles are agglomerated. In existing traditional schemes for the preparation of composites by introducing such dispersions into the melt of the polymer matrix, agglomerates are not destroyed. Moreover, during shear, concentration of agglomerated particles in the form of strings can occur [3]. As a result, it is not possible to obtain a nanocomposite characterized by high dispersion and uniform distribution of filler particles in the polymer matrix.
Известен способ получения нанокомпозитов, используемых в качестве диэлектриков в интегральных схемах, различных ламинированных изделий, таких, как фоторезисты [4]. По этому способу ДНА размером не более 50 нм и в количестве 0,5-10% мас. добавляют в полимерную матрицу, например, раствор полиимида в анизоле, перемешивают и затем удаляют растворитель.A known method of producing nanocomposites used as dielectrics in integrated circuits, various laminated products, such as photoresists [4]. According to this method, DNDs with a size of not more than 50 nm and in an amount of 0.5-10% wt. add to the polymer matrix, for example, a solution of polyimide in anisole, mix and then remove the solvent.
Недостатком известного способа является необходимость использования растворителя, загрязнение полученного композита его остатками.The disadvantage of this method is the need to use a solvent, contamination of the resulting composite with its residues.
Наиболее близким к заявленному изобретению (прототипом) является способ получения нанокомпозита - антифрикционной композиции герметизирующего действия - с использованием алмазосодержащего нанонаполнителя детонационного синтеза [5]. По этому способу термопласт - политетрафторэтилен смешивают с 0,1-1,5% мас. алмазосодержащего нанонаполнителя. Затем из композиции формуют заготовки изделий требуемой формы путем холодного прессования и спекают их в электрической печи при температуре 365-375°C.Closest to the claimed invention (prototype) is a method for producing a nanocomposite - antifriction composition with a sealing effect - using a diamond-containing nanofiller detonation synthesis [5]. According to this method, thermoplastic - polytetrafluoroethylene is mixed with 0.1-1.5% wt. diamond nanofiller. Then, preforms of the desired shape are formed from the composition by cold pressing and sintered in an electric furnace at a temperature of 365-375 ° C.
Недостатками прототипа являются при малых концентрациях наполнителя - невысокая твердость, при бульших - низкая прочность на разрыв, а также повышенные энергетические затраты на термообработку.The disadvantages of the prototype are at low concentrations of filler - low hardness, at higher - low tensile strength, as well as increased energy costs for heat treatment.
Задача изобретения - получение полимерного нанокомпозита с повышенным модулем упругости, твердостью, ударной вязкостью, прочностью на разрыв.The objective of the invention is to obtain a polymer nanocomposite with a high modulus of elasticity, hardness, toughness, tensile strength.
Задача решается способом получения нанокомпозита, включающим смешение термопласта с наполнителем - наноалмазом детонационного синтеза, в котором указанное смешение осуществляют в расплаве термопласта в режиме упругой неустойчивости, для чего выбирают температуру и напряжение сдвига, обеспечивающие значение числа Вайссенберга не менее 10, при следующем соотношении компонентов, % мас.The problem is solved by the method of producing a nanocomposite, including mixing a thermoplastic with a filler - detonation synthesis nanodiamond, in which the specified mixture is carried out in a thermoplastic melt in the mode of elastic instability, for which the temperature and shear stress are chosen, providing a Weissenberg number of at least 10, with the following ratio of components: % wt.
В качестве термопласта могут использовать полисульфон, сополимер стирола с акрилонитрилом, полиамид, гидроксипропилцеллюлозу, другие термопласты и каучуки общего и специального назначения, обладающие значительной упругостью при высоких сдвиговых напряжениях.As a thermoplastic, polysulfone, a copolymer of styrene with acrylonitrile, polyamide, hydroxypropyl cellulose, other thermoplastics and rubbers of general and special purpose, which have significant elasticity at high shear stresses, can be used.
При смешении в критических условиях деформаций сдвига реализуются условия возникновения упругой неустойчивости течения полимерной матрицы [6]. Этот режим возникает, когда упругие напряжения в полимерной матрице становятся доминирующими по сравнению с вязкими напряжениями, т.е., когда число Вайссенберга (определяемое как отношение нормальных напряжений к касательным) становится больше единицы (режим "срыва" течения [7]).When the shear strains are mixed under critical conditions, the conditions for the occurrence of elastic instability of the flow of the polymer matrix are realized [6]. This mode occurs when the elastic stresses in the polymer matrix become dominant in comparison with viscous stresses, that is, when the Weissenberg number (defined as the ratio of normal stresses to tangential stresses) becomes greater than unity (the flow “stall” mode [7]).
При этом расплав полимера становится неоднородным. Поток можно представить в виде упругих "трубок" [8], формируемых вдоль направления действия поля сдвига. На этой стадии наполнитель локализуется и концентрируется в "межтрубочном" пространстве, формируя цепочки частиц - стринги. При дальнейшем увеличении скорости сдвига (число Вайссенберга равно 10 и выше) происходит разрушение агломератов частиц и гомогенизация смеси.In this case, the polymer melt becomes inhomogeneous. The flow can be represented in the form of elastic “tubes” [8], formed along the direction of action of the shear field. At this stage, the filler is localized and concentrated in the "tube" space, forming a chain of particles - thongs. With a further increase in the shear rate (the Weissenberg number is 10 or higher), agglomerates of particles are destroyed and the mixture is homogenized.
Основным фактором, приводящим к разрушению каркаса частиц и их последующей дезагломерации, становится значительная энергия, запасаемая упругими образованиями потока. При достижении нормальных напряжений предела когезионной прочности расплава в нем начинается процесс кавитации, при котором образуются микрополости в "межтрубочном" пространстве, именно там, где сосредоточены агрегаты частиц. При схлопывании кавитационных пузырьков выделяется энергия, приводящая к разрушению агломератов частиц. Кроме того, при таких скоростях сдвига возбуждаются крутильные и поперечные моды движения упругих образований среды - "трубок". Совершая рептационные движения, "трубки" действуют подобно "жерновам" своеобразной коллоидной мельницы, способной разрушать агломераты частиц. При таком режиме сдвигового деформирования полимерной матрицы происходит не только дезагломерация частиц, но их однородное распределение в объеме полимера - гомогенизация прекурсора композита.The main factor leading to the destruction of the skeleton of particles and their subsequent deagglomeration becomes significant energy stored by elastic flow formations. Upon reaching normal stresses of the cohesive strength limit of the melt, a cavitation process begins in it, during which microcavities are formed in the “annular” space, precisely where the particle aggregates are concentrated. When the cavitation bubbles collapse, energy is released that leads to the destruction of particle agglomerates. In addition, at such shear rates, torsional and transverse modes of motion of the elastic formations of the medium — tubes, are excited. Making reputational movements, the “tubes” act like the “millstones” of a kind of colloidal mill capable of destroying particle agglomerates. Under such a regime of shear deformation of the polymer matrix, not only the particles are deagglomerated, but their distribution is uniform in the polymer volume — homogenization of the composite precursor.
Пример 1Example 1
В качестве полимерной матрицы - термопласта был использован аморфный сополимер стирола с акрилонитрилом (САН) молекулярной массой 17,5·104 производства Bayer GmbH. Перед переработкой САН сушили в термовакуумном шкафу при 82°C в течение 4 часов.An amorphous copolymer of styrene with acrylonitrile (SAN) with a molecular weight of 17.5 · 10 4 manufactured by Bayer GmbH was used as a polymer matrix - thermoplastic. Before processing, the SAN was dried in a thermal vacuum oven at 82 ° C for 4 hours.
В качестве наполнителя использовали ДНА, синтезированный комбинатом "Электрохимприбор", г.Лесной, представляющий собой порошок светло-серого цвета, с массовой долей алмаза не менее 98%, плотностью 3,3 г/см3, удельной поверхностью 350 м2/г. Относительно низкая удельная поверхность ДНА отражает тот факт, что частицы агрегированы и порошок скомкован.The filler used was a DND synthesized by the Electrokhimpribor combine, Lesnoy, which was a light gray powder with a diamond mass fraction of at least 98%, a density of 3.3 g / cm 3 , and a specific surface area of 350 m 2 / g. The relatively low specific surface area of the bottom reflects the fact that the particles are aggregated and the powder is crumpled.
Композит получали механическим смешением в расплаве на лабораторном смесителе червячно-плунжерного типа с рабочим объемом 4-5 мл, сконструированным на базе прибора ИИРТ-5. Смешение осуществлялось при температуре 190-200°C в двух различных режимах.The composite was obtained by mechanical melt mixing in a laboratory mixer of a worm-plunger type with a working volume of 4-5 ml, designed on the basis of the IIRT-5 device. Mixing was carried out at a temperature of 190-200 ° C in two different modes.
В первом случае смешение проходило в условиях, аналогичных реализуемым на общераспространенном смесительном оборудовании (максимальные напряжения сдвига не превышают 104 Па и поток характеризуется ламинарными условиями течения).In the first case, the mixing took place under conditions similar to those used on common mixing equipment (maximum shear stresses do not exceed 10 4 Pa and the flow is characterized by laminar flow conditions).
Во втором случае реализуются условия возникновения упругой неустойчивости течения полимерной матрицы. В ходе реологических измерений определили, что для реализации таких условий смешения для САН необходимо обеспечить напряжение сдвига τ порядка 105-106 Па при 200°C. При напряжении 105 Па значение числа Вайссенберга составило 10.In the second case, conditions for the occurrence of elastic instability of the flow of the polymer matrix are realized. In the course of rheological measurements, it was determined that for the implementation of such mixing conditions for SAN, it is necessary to provide a shear stress τ of the order of 10 5 -10 6 Pa at 200 ° C. At a voltage of 10 5 Pa, the value of the Weissenberg number was 10.
Каждым из двух методов (традиционным и по изобретению) были приготовлены смеси с содержанием ДНА 0,5; 1,0; 2,5 и 5,0% мас.Each of the two methods (traditional and according to the invention) prepared mixtures with a DND content of 0.5; 1.0; 2.5 and 5.0% wt.
Образцы для механических испытаний получали экструзией через капилляр с отношением длины к диаметру 20/1 (мм) при постоянном напряжении сдвига 18 кПа и температуре 205°C.Samples for mechanical tests were obtained by extrusion through a capillary with a ratio of length to diameter of 20/1 (mm) at a constant shear stress of 18 kPa and a temperature of 205 ° C.
Значение числа Вайссенберга определяли методом реологических испытаний.The value of the Weissenberg number was determined by the method of rheological tests.
Пример 2Example 2
В качестве полимерной матрицы был использован термопласт - аморфный термостойкий полисульфон (ПСФ) молекулярной массой 30·103 производства НИИПМ, Москва. Перед переработкой исходный полимер сушили в течение 4 часов в термовакуумном шкафу при 135°C. В качестве наполнителя использовали ДНА, синтезированный комбинатом "Электрохимприбор".Thermoplast — an amorphous heat-resistant polysulfone (PSF) with a molecular weight of 30 · 10 3 manufactured by NIIPM, Moscow, was used as a polymer matrix. Before processing, the starting polymer was dried for 4 hours in a thermal vacuum oven at 135 ° C. As a filler used DND synthesized by the plant "Electrochemical".
Смешение проводили аналогично примеру 1 при температуре 270-280°C в двух различных режимах. Для реализации режима упругой неустойчивости для ПСФ необходимо обеспечить напряжение сдвига τ порядка 106-107 Па при 280°C. При напряжении 107 Па значение числа Вайссенберга составило более 10 (в этом случае определение точного значения числа Вайссенберга крайне затрудняется, но реологические испытания позволяют установить, что оно выходит за пределы 10).The mixing was carried out analogously to example 1 at a temperature of 270-280 ° C in two different modes. To implement the elastic instability regime for PSF, it is necessary to provide a shear stress τ of the order of 10 6 -10 7 Pa at 280 ° C. At a voltage of 10 7 Pa, the value of the Weissenberg number was more than 10 (in this case, the determination of the exact value of the Weissenberg number is extremely difficult, but rheological tests make it possible to establish that it goes beyond 10).
Каждым из двух методов были приготовлены смеси с содержанием ДНА 0,5; 1,0; 2,5 и 5,0% мас. Образцы для механических испытаний получали, как в примере 1, при постоянном напряжении сдвига 17 кПа и температуре 285°C.Each of the two methods prepared mixtures with a DND content of 0.5; 1.0; 2.5 and 5.0% wt. Samples for mechanical tests were obtained, as in example 1, at a constant shear stress of 17 kPa and a temperature of 285 ° C.
Оценку ударной вязкости композитов осуществляли на маятниковом копре, обеспечивающем энергию удара не менее 5 Дж. Испытано по 5 образцов каждого композита (ударную вязкость определяли по Изоду).The impact toughness of the composites was assessed using a pendulum head, providing impact energy of at least 5 J. Five samples of each composite were tested (impact strength was determined by Izod).
Твердость композитов определялась по методу Бринелля при помощи стального шарика диаметром 5 мм на образцах в виде таблеток толщиной 4 мм, полученных методом горячего прессования.The hardness of the composites was determined by the Brinell method using a steel ball with a diameter of 5 mm on samples in the form of
Измерение реологических характеристик композитов в режиме малоамплитудных гармонических колебаний (задается синусоида напряжений и регистрируется синусоида деформации) проводили на реометре RheoStress 600 (Thermo Haake) с рабочим узлом плоскость-плоскость.The rheological characteristics of the composites in the mode of low-amplitude harmonic oscillations (a sinusoidal stress is set and a deformation sine wave is recorded) were measured on a RheoStress 600 rheometer (Thermo Haake) with a working plane-plane node.
Для определения механических характеристик экструдатов использовали разрывную машину Instron 1122 при скорости растяжения 10 мм/мин.To determine the mechanical characteristics of the extrudates, an Instron 1122 tensile testing machine was used at a tensile speed of 10 mm / min.
Микрофотографии композита САН/1,0% мас. ДНА, полученного двумя способами, в оптическом диапазоне приведены на Фиг.1. Обработка микрофотографий с помощью специальной программы по методике, описанной в работе [9], позволила построить кривые полидисперсности в микронной и субмикронной области размеров (Фиг.2).Microphotographs of the composite SAN / 1.0% wt. BOTTOM obtained in two ways in the optical range are shown in Fig.1. Processing microphotographs using a special program according to the technique described in [9], allowed to build polydispersity curves in the micron and submicron size range (Figure 2).
Анализ данных фиг.1 и 2 свидетельствует о том, что качество распределения частиц существенно зависит от способа смешения. Очевидно, что наименьших размеров и наилучшей степени однородности ДНА в матрице полимера удалось добиться путем смешения в режиме "срыва". В композитах, полученных стандартным способом смешения в расплаве, существенная доля частиц ДНА находится в виде крупных агломератов размером 20-40 мкм.Analysis of the data of figures 1 and 2 indicates that the quality of the distribution of particles substantially depends on the method of mixing. Obviously, the smallest sizes and the best degree of uniformity of DNDs in the polymer matrix were achieved by mixing in the "stall" mode. In composites obtained by the standard method of mixing in the melt, a significant proportion of DND particles is in the form of large agglomerates with a size of 20-40 microns.
Большое значение имеют ударные свойства изучаемых материалов, характеризующие дефектность и прочность образца, и, как следствие, определяющие многие эксплуатационные характеристики. Полученные данные по измерению ударной вязкости приведены на Фиг.3 в виде гистограмм. Испытания композитов, полученных смешением в режиме "срыва", показали, что уже введение 0,5% мас. ДНА приводит более чем к 80%-ному росту ударной вязкости. Композиты с 0,5% мас. ДНА, полученные в стандартных условиях, обладают большим значением ударной вязкости по сравнению с ненаполненным ПСФ. Однако дальнейшее увеличение содержания наполнителя приводит к снижению ударных характеристик. По всей видимости, при большом содержании частиц наполнителя они формируют структурную сетку, придающую композиту повышенную твердость и хрупкость.Of great importance are the impact properties of the materials studied, which characterize the defectiveness and strength of the sample, and, as a result, determine many operational characteristics. The obtained data on the measurement of impact strength are shown in figure 3 in the form of histograms. Tests of composites obtained by mixing in the "stall" mode showed that the introduction of 0.5% wt. DND leads to more than 80% increase in toughness. Composites with 0.5% wt. BOTTOMS obtained under standard conditions have a higher impact strength compared with unfilled PSF. However, a further increase in the filler content leads to a decrease in impact characteristics. Apparently, with a high content of filler particles, they form a structural network that gives the composite increased hardness and brittleness.
Введение в САН до 1,0% частиц ДНА практически не сказывается на значениях ударной вязкости (см. Фиг.4). Небольшое увеличение показателя при 0,5%-ном содержании находится в пределах ошибки опыта. Дальнейшее увеличение степени наполнения приводит к падению ударных характеристик.Introduction to SAN up to 1.0% of DND particles has practically no effect on the values of impact strength (see Figure 4). A slight increase in the indicator at a 0.5% content is within the experimental error. A further increase in the degree of filling leads to a drop in impact characteristics.
Композиты на основе САН и ПСФ, приготовленные методом стандартного механического смешения в расплаве, обладают существенно меньшей ударной вязкостью по сравнению с аналогичными образцами, приготовленными смешением в режиме "срыва".Composites based on SAN and PSF, prepared by the standard melt mechanical mixing method, have a significantly lower impact strength compared to similar samples prepared by mixing in the "stall" mode.
Значения твердости композитов на основе САН и ПСФ-матриц, полученных смешением в режиме "срыва", представлены на Фиг.5. Исходные полимерные матрицы прошли такую же температурно-деформационную обработку, что и композиты. Введение наноалмазов приводит к существенному росту твердости, причем тем в большей степени, чем выше содержание наполнителя. Так, твердость композитов с 5%-ным содержанием ДНА на 40-50% выше твердости ненаполненной матрицы. Очевидно, что жесткие наполнители, значительно превосходящие по твердости полимеры, повышают твердость композитов, но одновременно снижают ударные характеристики из-за снижения пластической составляющей деформации. Твердость композитов на основе САН и ПСФ, полученных смешением в режиме «срыва», приблизительно на 20% выше твердости композитов, полученных стандартным механическим смешением.The hardness values of composites based on SAN and PSF matrices obtained by mixing in the "stall" mode are presented in Figure 5. The initial polymer matrices underwent the same temperature-deformation processing as composites. The introduction of nanodiamonds leads to a significant increase in hardness, and the more so, the higher the filler content. So, the hardness of composites with 5% DND content is 40-50% higher than the hardness of an unfilled matrix. It is obvious that hard fillers, significantly superior in hardness to polymers, increase the hardness of composites, but at the same time reduce impact characteristics due to a decrease in the plastic component of the deformation. The hardness of composites based on SAN and PSF obtained by mixing in the "stall" mode is approximately 20% higher than the hardness of composites obtained by standard mechanical mixing.
На Фиг.6 показаны зависимости таких характеристик, как модуль упругости, прочность при разрыве и удлинение при разрыве от содержания наноалмазов для нанокомпозитов САН/ДНА. Для систем на основе САН, приготовленных в режиме "срыва", с увеличением содержания ДНА наблюдается значительный рост модуля упругости с сохранением характерных для исходного полимера значений разрывной прочности. В то же время для систем, полученных стандартным способом, с ростом содержания наполнителя характерно монотонное снижение основных упруго-прочностных параметров, что, очевидно, связано с неудовлетворительным качеством распределения дисперсного наполнителя в матрице полимера, т.е. с наличием крупных агрегатов, вносящих дефектность в структуру композита.Figure 6 shows the dependence of such characteristics as elastic modulus, tensile strength and elongation at break from the content of nanodiamonds for nanocomposites SAN / DND. For systems based on SAN prepared in the "stall" mode, with an increase in the content of DND, a significant increase in the elastic modulus is observed, while the tensile strengths characteristic of the initial polymer are retained. At the same time, for systems obtained by the standard method, with an increase in the filler content, a monotonic decrease in the main elastic-strength parameters is characteristic, which is obviously due to the unsatisfactory quality of the dispersed filler distribution in the polymer matrix, i.e. with the presence of large aggregates introducing defects into the structure of the composite.
На Фиг.7 представлены аналогичные зависимости для систем на основе ПСФ. Механические свойства ПСФ до и после обработки в смесителе остаются неизменными. По полученным зависимостям видно, что при смешении в условиях "срыва" у композитов наблюдаются более высокие значения прочностных показателей, чем при стандартном механическом смешении. Для композитов, полученных смешением в режиме "срыва", разрывная прочность возрастает при наполнении до 2,5% мас., далее наступает резкое снижение этой характеристики (тем не менее, разрывная прочность остается выше, чем для композитов, полученных стандартным способом); модуль Юнга возрастает с увеличением содержания ДНА во всем исследуемом диапазоне концентраций, достигая двукратного роста по сравнению со значениями для ненаполненной матрицы при 5,0% мас. ДНА. Модифицирующий эффект наноалмазов при получении композитов стандартным способом весьма незначителен и укладывается в рамки разброса экспериментальных данных.Figure 7 presents similar relationships for systems based on PSF. The mechanical properties of PSF before and after processing in the mixer remain unchanged. According to the obtained dependences, it is seen that when mixing under conditions of “breakdown”, composites exhibit higher values of strength indicators than with standard mechanical mixing. For composites obtained by mixing in the "stall" mode, the tensile strength increases upon filling up to 2.5 wt%, then there is a sharp decrease in this characteristic (nevertheless, the tensile strength remains higher than for composites obtained by the standard method); Young's modulus increases with increasing DND content in the entire studied range of concentrations, reaching a twofold increase in comparison with the values for the unfilled matrix at 5.0% wt. BOTTOM. The modifying effect of nanodiamonds in the preparation of composites by the standard method is very insignificant and fits into the scatter of experimental data.
Таким образом, наноалмазы детонационного синтеза показали перспективность их использования в качестве модификатора термопластов, причем в промышленных условиях возможно добиться высокой степени дисперсности таких необычайно сильно агрегирующихся частиц, как ДНА в полимерной матрице. При смешении их с полимером заявленным способом удалось существенно повысить целый ряд физико-химических характеристик термопластов: твердость по Бринеллю, ударную вязкость, модуль упругости, разрывную прочность.Thus, detonation synthesis nanodiamonds have shown the promise of their use as a modifier for thermoplastics, and under industrial conditions it is possible to achieve a high degree of dispersion of such unusually strongly aggregating particles as DNDs in a polymer matrix. By mixing them with a polymer by the claimed method, it was possible to significantly increase a number of physicochemical characteristics of thermoplastics: Brinell hardness, impact strength, elastic modulus, tensile strength.
Источники информацииInformation sources
1. Пост Г., Долматов В.Ю., Марчуков В.А. и др. Промышленный синтез детонационных ультрадисперсных алмазов и некоторые области их использования. // Журнал прикладной химии. 2002. Т.75. №5. С.773.1. Post G., Dolmatov V.Yu., Marchukov V.A. et al. Industrial synthesis of detonation ultrafine diamonds and some areas of their use. // Journal of Applied Chemistry. 2002.V. 75. No. 5. S.773.
2. Детонационные наноалмазы: получение, свойства и применение. Международный симпозиум (1, 2003, Санкт-Петербург): Сб. трудов. Санкт-Петербург, 7-9 июля 2003 // Физика твердого тела. - 2004. Т.46. №.4. С.581-768.2. Detonation nanodiamonds: production, properties and applications. International Symposium (1, 2003, St. Petersburg): Sat. labor. St. Petersburg, July 7–9, 2003 // Solid State Physics. - 2004.V.46. No. 4. S.581-768.
3. В.Г.Куличихин, А.В.Семаков, В.В.Карбушев и др. Переход хаос-порядок в критических режимах течения сдвига расплавов полимеров и нанокомпозитов. // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2009. Т.51. №11. С.2044-2054.3. V. G. Kulichikhin, A. V. Semakov, V. V. Karbushev et al. Chaos order transition in critical shear regimes of polymer melts and nanocomposites. // High molecular weight compounds. Series A. 2009. V. 51. No. 11. S.2044-2054.
4. Патент США №7224039, кл. МПК H01L 29/00, опубл. 29.05.2007.4. US Patent No. 7224039, cl. IPC H01L 29/00, publ. 05/29/2007.
5. Патент РФ №2114874, кл. МПК C08J 5/16, C08L 27/18, C08K 3/04, C09K 3/10, опубл. 10.07.1998.5. RF patent №2114874, cl.
6. R.G.Larson et al. A Purely elastic instability in Taylor-Couette Flow // Journal of Fluid Mechanics. V.218. 1989. №6. PP.573-600.6. R. G. Larson et al. A Purely elastic instability in Taylor-Couette Flow // Journal of Fluid Mechanics. V.218. 1989. No. 6. PP.573-600.
7. Г.В.Виноградов, А.Я.Малкин, Ю.Г.Яновский и др. Вязкоупругие свойства и течение полибутадиенов и полиизопренов. // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1972. Т.14. №11. С.2435-2442.7. GVVinogradov, A.Ya. Malkin, Yu.G. Yanovsky and others. Viscoelastic properties and flow of polybutadiene and polyisoprene. // High molecular weight compounds. Series A. 1972.V.14. No. 11. S.2435-2442.
8. А.В.Семаков, В.Г.Куличихин. Самоорганизация и упругая неустойчивость при течении полимеров. // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2009. Т.51. №11. С.2054-2070.8. A.V. Semakov, V.G. Kulichikhin. Self-organization and elastic instability during the flow of polymers. // High molecular weight compounds. Series A. 2009. V. 51. No. 11. S.2054-2070.
9. И.И.Константинов, В.В.Карбушев, А.В.Семаков и др. "Коллоидное осаждение" как перспективный подход к получению нанокомпозитов на основе полимерных матриц. Журнал прикладной химии. 2009. Т.82. №3. С.489-493.9. II Konstantinov, VV Karbushev, AV Semakov and others. "Colloidal deposition" as a promising approach to obtaining nanocomposites based on polymer matrices. Journal of Applied Chemistry. 2009.V.82.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010124294/05A RU2446187C2 (en) | 2010-06-17 | 2010-06-17 | Method of producing polymer nanocomposite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010124294/05A RU2446187C2 (en) | 2010-06-17 | 2010-06-17 | Method of producing polymer nanocomposite |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010124294A RU2010124294A (en) | 2011-12-27 |
| RU2446187C2 true RU2446187C2 (en) | 2012-03-27 |
Family
ID=45782058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010124294/05A RU2446187C2 (en) | 2010-06-17 | 2010-06-17 | Method of producing polymer nanocomposite |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2446187C2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2523716C1 (en) * | 2012-11-28 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Method of obtaining nanomodified polymer materials |
| RU2540314C1 (en) * | 2013-07-22 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Method of producing polymer composite materials with nano-fillers and unit for its implementation |
| RU2547103C2 (en) * | 2013-05-15 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method of producing nanomodified thermoplastic |
| RU2669823C1 (en) * | 2017-11-07 | 2018-10-16 | Кирилл Олегович Морозов | Method for obtaining nanocomposite material |
| RU2741945C1 (en) * | 2019-12-28 | 2021-01-29 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Method of carbon-based nanoparticles distribution during production of nanocomposite one-way thermoplastic tapes |
| RU2765969C1 (en) * | 2021-03-29 | 2022-02-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Hybrid composite material |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2114874C1 (en) * | 1994-09-29 | 1998-07-10 | Институт неметаллических материалов СО РАН | Antifriction polymer composition with sealing capability |
| RU2387680C2 (en) * | 2007-12-29 | 2010-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ") | Method of preparing nano-composite material |
-
2010
- 2010-06-17 RU RU2010124294/05A patent/RU2446187C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2114874C1 (en) * | 1994-09-29 | 1998-07-10 | Институт неметаллических материалов СО РАН | Antifriction polymer composition with sealing capability |
| RU2387680C2 (en) * | 2007-12-29 | 2010-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ - ВНИИЭФ") | Method of preparing nano-composite material |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДОЛМАТОВ В.Ю. Композиционные материалы// Российские нанотехнологии. - 2007, Т.2, вып.7-8, 19-37. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2523716C1 (en) * | 2012-11-28 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Method of obtaining nanomodified polymer materials |
| RU2547103C2 (en) * | 2013-05-15 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Method of producing nanomodified thermoplastic |
| RU2540314C1 (en) * | 2013-07-22 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Method of producing polymer composite materials with nano-fillers and unit for its implementation |
| RU2669823C1 (en) * | 2017-11-07 | 2018-10-16 | Кирилл Олегович Морозов | Method for obtaining nanocomposite material |
| RU2741945C1 (en) * | 2019-12-28 | 2021-01-29 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Method of carbon-based nanoparticles distribution during production of nanocomposite one-way thermoplastic tapes |
| RU2765969C1 (en) * | 2021-03-29 | 2022-02-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Hybrid composite material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010124294A (en) | 2011-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2446187C2 (en) | Method of producing polymer nanocomposite | |
| Mayoral et al. | Melt processing and characterisation of polyamide 6/graphene nanoplatelet composites | |
| Phang et al. | Morphology, thermal and mechanical properties of nylon 12/organoclay nanocomposites prepared by melt compounding | |
| Han et al. | Extrusion of polystyrene nanocomposite foams with supercritical CO2 | |
| Singh et al. | Morphology and rheological behavior of polylactic acid/clay nanocomposites | |
| JP5333723B2 (en) | Rubber composition | |
| Ananthapadmanabha et al. | Influence of aspect ratio of fillers on the properties of acrylonitrile butadiene styrene composites | |
| Doagou-Rad et al. | Influence of processing conditions on the mechanical behavior of MWCNT reinforced thermoplastic nanocomposites | |
| Wang et al. | High performance long chain polyamide/calcium silicate whisker nanocomposites and the effective reinforcement mechanism | |
| Xiao et al. | The distinctive nucleation of polystyrene composites with differently shaped carbon‐based nanoparticles as nucleating agent in the supercritical CO2 foaming process | |
| Han et al. | Thermotropic liquid crystalline polymer reinforced polypropylene composites enhanced with carbon nanotubes for use in fused filament fabrication | |
| Ali et al. | Viscoelastic, thermal, and morphological analysis of HDPE/EVA/CaCO 3 ternary blends | |
| KR20180109067A (en) | Method for producing polyethylene nanocomposite | |
| Ko et al. | Synergic effect of HNT/oMMT Bi-filler system for the mechanical enhancement of PLA/PBAT film | |
| Faramarzi et al. | A study on the effects of CNT’s on hot mix asphalt marshal-parameters | |
| Choi et al. | Preparation and characterization of PS/multi-walled carbon nanotube nanocomposites | |
| Decol et al. | Effects of processing conditions on hybrid filler selective localization, rheological, and thermal properties of poly (ε‐caprolactone)/poly (lactic acid) blends | |
| Reddy et al. | Structure-property relationship of melt intercalated maleated polyethylene nanocomposites | |
| TWI403551B (en) | Melt processible fluoropolymer composition containing nano particles | |
| Rizvi et al. | Synthesis and characterization of novel low density polyethylene–multiwall carbon nanotube porous composites | |
| Morimune-Moriya et al. | Hydrophobization of nanodiamond for polypropylene nanocomposites | |
| Chen et al. | Toughened nylon66/nylon6 ternary nanocomposites by elastomers | |
| Gofman et al. | Effect of nanoparticles of various types as fillers on mechanical properties of block samples of a heat-resistant polyimide material: A comparative analysis | |
| JP2015172148A (en) | Method for producing thermoplastic resin composition and thermoplastic resin composition | |
| Demarquette et al. | Rheological behavior of nanocomposites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190618 |