Влияние углеродных нанотрубок на электропроводность реактопластов и эластомеров

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

Щегольков Александр Викторович
Комаров Фадей Фадеевич
Парфимович Иван Дмитриевич
Мильчанин Олег Владимирович
Щегольков Алексей Викторович
Хробак Анастасия Витальевна
Семенкова Анастасия Вадимовна

Аннотация

В технологии электропроводящих полимерных композитов актуальным направлением является применение модификаторов с наноразмерными геометрическими параметрами. Такими материалами являются углеродные нанотрубки, как одностенные, так и многостенные. Использование многостенных углеродных нанотрубок в качестве добавок к полимерам позволяет добиваться хороших результатов, связанных с проявлением электропроводности, при невысоких процентных соотношениях вводимых углеродных нанотрубок. В проводимых исследованиях было рассмотрено 2 разных типа полимеров: эпоксидная смола и силикон. Для модификации использовались многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ). Для силикона было проведено исследование электропроводности при механических деформациях, а именно при кручении с разными углами закручивания. Рассмотрено влияние многослойных углеродных нанотрубок, обладающих различной насыпной плотностью, на электропроводность композитов. На частотах измерений 100 Гц для одинаковых концентраций добавок с 1, 2, 4 и 8 вес. % в композитах с МУНТ «Таунит-М» проводимости примерно на 2 порядка величины больше, чем в композитах с МУНТ «Таунит». Полимер, модифицированный МУНТ с удельной поверхностью 202,3 м2/г, обладает меньшим удельным сопротивлением (3,8×105 Ом×см). Модификатор МУНТ с удельной поверхностью 202,3 м2/г, которая является меньшей по сравнению с остальными типами МУНТ, и насыпной плотностью 42,6 кг/м3 позволяет получить наименьшее электрическое сопротивление. МУНТ с высокой удельной поверхностью 541,5 м2/г обеспечивает формирование электропроводности на 2 порядка ниже, чем МУНТ с удельной поверхностью 202,3 м2/г. Установлено, что при массовом содержании МУНТ 1,5 и 2 масс. % для композитов характерно увеличение электрического сопротивления при углах скручивания от 0 до 900°.

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

Выпуск
Раздел
Статьи
Биографии авторов

Щегольков Александр Викторович, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов (Россия)

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

Комаров Фадей Фадеевич, Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университета, Минск (Беларусь)

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией элионики

Парфимович Иван Дмитриевич, Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университета, Минск (Беларусь)

аспирант, младший научный сотрудник лаборатории элионики

Мильчанин Олег Владимирович, Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко Белорусского государственного университета, Минск (Беларусь)

старший научный сотрудник лаборатории элионики

Щегольков Алексей Викторович, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов (Россия)

аспирант кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов»

Хробак Анастасия Витальевна, Тамбовский государственный технический университет, Тамбов (Россия)

магистрант кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов»

Семенкова Анастасия Вадимовна, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, Новочеркасск (Россия)

магистрант кафедры «Химические технологии»

Литература

1. Wernik J.M., Meguid S.A. Recent developments in multifunctional nanocomposites using carbon nanotubes // Applied Mechanics Reviews. 2010. Vol. 63. № 5. P. 050801.
2. Winey K.I., Kashiwagi T., Mu M. Improving electrical conductivity and thermal properties of polymers by the addition of carbon nanotubes as fillers // MRS Bulletin. 2007. Vol. 32. № 4. P. 348–353.
3. Kennel E.B. Electrical properties of nanoparticle-filled polymers // Polymer nanocomposites handbook. CRC Press, 2009.Chapter 16.
4. Li C., Thostenson E.T., Chou T.-W. Dominant role of tunneling resistance in the electrical conductivity of carbon nanotube-based composites // Applied Physics Letters. 2007. Vol. 91. № 22. P. 223114.
5. Deng F., Zheng Q.-S. An analytical model of effective electrical conductivity of carbon nanotube composites // Applied Physics Letters. 2008. Vol. 92. № 7. P. 071902.
6. Mora A., Han F., Lubineau G. Estimating and understanding the efficiency of nanoparticles in enhancing the conductivity of carbon nanotube/polymer composites // Results in Physics. 2018. Vol. 10. P. 81–90. DOI: 10.1016/j.rinp.2018.05.019.
7. García D.B., Mansilla M.A., Crisnejo M., Farabollini H., Escobar M.M. Effect of carbon nanotubes content on the vulcanization kinetic in styrene–butadiene rubber compounds // Polymer Engineering and Science. 2019. Vol. 59. № S2. P. E327–E336.
8. Yedra Á., Gutiérrez-Somavilla G., Manteca-Martínez C., González-Barriuso M., Soriano L. Conductive paints development through nanotechnology // Progress in Organic Coatings. 2016. Vol. 95. P. 85–90.
9. Shen W., Feng L., Liu X., Luo H., Liu Z., Tong P., Zhang W. Multiwall carbon nanotubes-reinforced epoxy hybrid coatings with high electrical conductivity and corrosion resistance prepared via electrostatic spraying // Progress in Organic Coatings. 2016. Vol. 90. P. 139–146.
10. Putz K.W., Compton O.C., Palmeri M.J., Nguyen S.T., Brinson L.C. High-nanofiller-content graphene oxide-polymer nanocomposites via vacuum‐assisted self‐assembly // Advanced Functional Materials. 2010. Vol. 19. № 19. P. 3322–3329.
11. Huang Y.Y., Terentjev E.M. Dispersion of carbon nanotubes: mixing, sonication, stabilization, and composite properties // Polymers. 2012. Vol. 4. № 1. P. 275–295.
12. Kugler S., Kowalczyk K., Spychaj T. Transparent epoxy coatings with improved electrical, barrier and thermal features made of mechanically dispersed carbon nanotubes // Progress in Organic Coatings. 2017. Vol. 111. P. 196–201.
13. Ramier J., Gauthier C., Chazeau L., Stelandre L., Guy L. Payne effect in silica‐filled styrene–butadiene rubber: Influence of surface treatment // Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics. 2007. Vol. 45. № 3. P. 286–298.
14. Dourani A., Haghgoo M., Hamadanian M. Multi-walled carbon nanotube and carbon nanofiber/ polyacrylonitrile aerogel scaffolds for enhanced epoxy resins // Composites Part B: Engineering. 2019. Vol. 176. P. 107299. DOI: 10.1016/j.compositesb.2019.107299.
15. Haghgoo M., Ansari R., Hassanzadeh-Aghdam M.K., Nankali M. Analytical formulation for electrical conductivity and percolation threshold of epoxy multiscale nanocomposites reinforced with chopped carbon fibers and wavy carbon nanotubes considering tunneling resistivity // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2019. Vol. 126. P. 105616. DOI: 10.1016/j.compositesa.2019.105616.
16. Chen S., Chen L., Wang Y., Wang C., Miao M., Zhang D. Preparation of nanocomposites with epoxy resins and thiol-functionalized carbon nanotubes by thiol-ene click reaction // Polymer Testing. 2019. Vol. 77. P. 105912. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2019.105912.
17. Morais M.V.C., Oliva-Avilés A.I., Matos M.A.S., Tagarielli V.L., Pinho S.T., Hübner C., Henning F. On the effect of electric field application during the curing process on the electrical conductivity of single-walled carbon nanotubes-epoxy composites // Carbon. 2019. Vol. 150. P. 153–167. DOI: 10.1016/j.carbon.2019.04.087.
18. Mo J.-H., Kim K.C., Jang K.-S. Well-dispersed carbon nanotube/polymer composite films and application to electromagnetic interference shielding // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2019. Vol. 80. P. 190–196. DOI: 10.1016/j.jiec.2019.07.048.
19. Cha J., Kim J., Ryu S., Hong S.H. Comparison to mechanical properties of epoxy nanocomposites reinforced by functionalized carbon nanotubes and graphene nanoplatelets // Composites Part B: Engineering. 2019. Vol. 162. P. 283–288. DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.11.011.
20. Matos M.A.S., Pinho S.T., Tagarielli V.L. Predictions of the electrical conductivity of composites of polymers and carbon nanotubes by an artificial neural network // Scripta Materialia. 2019. Vol. 166. P. 117–121. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2019.03.003.
21. Zare Y., Rhee K.Y. Calculation of the electrical conductivity of polymer nanocomposites assuming the interphase layer surrounding carbon nanotubes // Polymers. 2020. Vol. 12. № 2. P. 404. DOI: 10.3390/polym12020404.
22. Koltunowicz T.N. Test station for frequency-domain dielectric spectroscopy of nanocomposites and semiconductors // Journal of Applied Spectroscopy. 2015. Vol. 82. № 4. P.653–658.