Электропроводящие композиты на основе эпоксидной смолы, модифицированной графеном

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Алёна Владимировна Герасимова
Меметов Нариман Рустемович
Ткачев Алексей Григорьевич
Ягубов Виктор Сахибович

Аннотация

Разработка композиционных материалов на основе полимеров, модифицированных углеродными наноструктурами, является перспективным направлением научных исследований, поскольку их применение позволяет значительно улучшить функциональные свойства полимеров по сравнению с другими модификаторами. Работа посвящена исследованиям электропроводящих свойств эпоксидной смолы (ЭС), модифицированной расширенным соединением графита (РСГ), которое предварительно модифицировали фенолформальдегидной смолой (ФФС) путем ультразвуковой обработки в водном растворе. Полученную концентрированную дисперсию РСГ с ФФС флокулировали с помощью уксусной кислоты, фильтровали и промывали водой. Водную пасту РСГ, модифицированного ФФС, вводили в матрицу ЭС методом механического перемешивания на трехвалковой мельнице. Доказано, что модификация РСГ ФФС перед введением в эпоксидную матрицу способствует лучшему распределению углеродного материала, а также уменьшению размеров агрегатов его частиц. Проведены исследования электропроводности композитов, полученных методом горячего отверждения, в результате которых установлено, что максимальной электропроводностью– 6,2×10-4 См×см-1 обладали образцы на основе ЭС, содержащие 9 масс. %графита, модифицированного ФФС, что на 2 порядка выше электропроводности образцов с применением графита без предварительной обработки. Порог перколяции наблюдался при 3 масс. % графита в эпоксидном композите. Полученные результаты доказывают, что использование РСГ, модифицированного ФФС в качестве наполнителя ЭС, позволяет достичь более высоких значений электропроводности, чем с применением необработанного РСГ. Кроме того, применение ФФС для модифицирования РСГ имеет преимущество перед другими ПАВ, поскольку за счет взаимодействия активных молекул ФФС с молекулами ЭС не требуется дальнейшее удаление ПАВ из композита.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Выпуск
Раздел
Статьи
Биографии авторов

Алёна Владимировна Герасимова, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов (Россия)

исследователь, преподаватель-исследователь

Меметов Нариман Рустемович, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов (Россия)

кандидат технических наук, доцент кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов»

Ткачев Алексей Григорьевич, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов (Россия)

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Техника и технологии производства нанопродуктов»

Ягубов Виктор Сахибович, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов (Россия)

аспирант кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов»

Литература

1. Семенов В.А., Русаков С.В., Гилев В.Г. Об электропроводности эпоксидной матрицы с углеродными нанотрубками // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2019. № 3. С. 88–93. DOI: 10.15593/PERM.MECH/2019.3.09.
2. Bauhofer W., Kovacs J. A Review and Analysis of Electrical Percolation in Carbon Nanotube Polymer Composites // Composites Science and Technology. 2009. Vol. 69. № 10. P. 1486–1498. DOI: 10.1016/j.compscitech.2008.06.018.
3. Fang H., Bai S.-L., Wong C.P. Microstructure engineering of graphene towards highlythermal conductive composites // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018. Vol. 112. P. 216–238.
4. Araby S., Zhang L., Kuan H.-C., Dai J.-B., Majewski P., Ma J. A novel ap-proach to electrically and thermally conductive elastomers using graphene // Polymer. 2013. Vol. 54. № 14. P. 3663–3670.
5. Юрченкова А.А., Федоровская Е.О. Композиты на основе восстановленного оксида графита и электропроводящих полимеров // МНСК-2018: Химия. Новосибирск, 2018. С. 165.
6. Лобов И.А., Давлеткильдеев Н.А., Соколов Д.В. Особенности формирования морфологии пленок полианилина и композита полианилин/углеродные нанотрубки, допированных додецилбензолсульфокислотой // Омский научный вестник. 2016. № 4. С. 128–131.
7. Garlof S., Fukuda T., Mecklenburg M., Smazna D., Mishra Y.K., Adelung R. Electro-mechanical piezoresistive properties of three dimensionally interconnected carbon aerogel (Aerographite)-epoxy composites // Composites Science and Technology. 2016. Vol. 134. P. 226–233.
8. Yousefi N., Sun X., Lin X., Shen X., Jia J., Zhang B. Highly aligned graphene/polymer nanocomposites with excellent dielectric properties for high-performance electromagnetic interference shielding // Advanced Materials. 2014. Vol. 26. № 31. P. 5480–5487.
9. Li Y., Zhang H., Porwal H., Huang Z., Bilotti E., Peijs T. Mechanical, electrical and thermal properties of in-situ exfoliated graphene/epoxy nanocomposites // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2017. Vol. 95. P. 229–236.
10. Li S., Li Y., Han X., Zhao X., Zh Y. High-efficiency enhancement on thermal and electrical properties of epoxy nanocomposites with core-shell carbon foam template-coated grapheme // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2019. Vol. 120. P. 95–105.
11. Kernin A., Wan K., Liu Y., Shi X., Kong J., Bilotti E., Peijs T., Zhang H. The effect of graphene network formation on the electrical, mechanical, and multifunctional properties of graphene/epoxy nanocomposites // Composites Science and Technology. 2019. Vol. 169. P. 224–231.
12. Songa P., Liang C., Wang L., Qiu H., Gu H., Kong J., Gu J. Obviously im-proved electromagnetic interference shielding performances for epoxy composites via constructing honeycomb structural reduced graphene oxide // Composites Science and Technology. 2019. Vol. 181. P. 107698.
13. Abdullah S.I., Ansari M.N.M. Preparation and characterization of electrical properties of graphene oxide (GO)/epoxy composites // Materials today: Proceedings. 2020. Vol. 20. P. 474–477. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.09.169.
14. Zheng W., Chen W.G., Zhao Q., Ren S.X., Fu Y.Q. Interfacial structures and mechanisms for strengthening and enhanced conductivity of graphene/epoxy nanocomposites // Polymer. 2019. Vol. 163. P. 171–177.
15. LiY., Zhang H., Porwal H., Huang Z., Bilotti E., Peijs T. Mechanical, electrical and thermal properties of in-situ exfoliated graphene/epoxy nanocomposites // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2017. Vol. 95. P. 229–236.
16. Yim Y.-J., Park S.-J. Effect of silver-plated expanded graphite addition on thermal and electrical conductivities of epoxy composites in the presence of graphite and copper // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2019. Vol. 123. P. 253–259.
17. Miller S.G., Bauer J.L., Maryanski M.J., Heimann P.J., Barlow J.P., Gosau J.-M., Allred R.E. Characterization of epoxy functionalized graphite nanoparticles and the physical properties of epoxy matrix nanocomposites // Composites Science and Technology. 2010. Vol. 70. № 7. P. 1120–1125.
18. Melezhyk A.V., Tkachev A.G. Synthesis of graphene nanoplate from peroxosulfate graphite intercalation compounds // Nanosystems: physics, chemistry, mathematics. 2014. Vol. 5. № 2. P. 294–306.
19. Ягубов В.С., Щегольков А.В. Саморегулируемый электронагреватель на основе эластомера, модифицированный многослойными углеродными нанотрубками // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2018. Т. 80. № 3. С. 341–345.
20. Taherian R., Hadianfard M.J., Golikand A.N. A new equation for predicting electrical conductivity of carbon‐filled polymer composites used for bipolar plates of fuel cells // Journal of Applied Polymer Science. 2013. Vol. 128. № 3. P. 1497–1509.