Полиолефиновый композит на основе эластомера, модифицированного углеродными нанотрубками для повышения электропроводности полимерматричных композитов

Изобретение относится к области конструкционных материалов и полимерных нанокомпозитов, а именно к полимерным композициям, содержащим нанодисперсные добавки с целью повышения их электрофизических свойств.

В данном изобретении предложен материал, являющийся полимерным композиционным наполнителем, модифицированным углеродными нанотрубками, предназначенным для существенного повышения электропроводности полимерматричных композитов.

Интерес к выбранной тематике исследования обусловлен тем, что конструкционные материалы, используемые в авиакосмической технике, автомобилестроении и других высокотехнологичных отраслях, должны обладать комплексом высоких эксплуатационных и технологических характеристик, включая прочностные показатели, тепло- и электропроводность, а также возможность перерабатываться в изделия простыми высокопроизводительными методами. В большинстве случаев для этих целей используются металлы, обладающие требуемым набором характеристик, однако, как показывают исследования последних лет, они могут быть с успехом заменены на полимерные композиты с соответствующим набором свойств.

Из области техники известны способы получения композиций на основе углеродных нанотрубок и полиолефинов.

Известен патент RU 2490204 способ получения нанокомпозитов на основе полиолефинов, используемых при получении различных изделий, таких как пленки, листы, трубы, нити и волокна, обладающих высокой объемной и поверхностной электропроводностью. В технологии используются углеродные нанотрубки, предварительно механически растертые в воде с добавлением водорастворимого полимера с концентрацией 0,01-0,1 мас.%. Полученную суспензию диспергируют ультразвуком при максимальной температуре среды не выше 70°С. Затем полученную суспензию наносят на поверхность гранул полиолефина и сушат. Полученные гранулы нанокомпозита содержат до 0,5 мас.% углеродных нанотрубок.

Недостатком данной технологии является использование нестандартного оборудования, а также добавление дополнительной стадии приготовления полимерного нанокомпозита.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональных свойств полимерных композитов, в частности электропроводности.

Требуемый технический результат достигается тем, что полиолефиновый композит на основе эластомера, модифицированного углеродными нанотрубками, содержит полисилоксаны при следующем соотношении компонентов, % мас.%: углеродные нанотрубки 10-25; полисилоксаны 2-5; полиолефиновый эластомер - остальное. Наличие полисилоксанов в полимерном композите способствует гомогенному распределению углеродных нанотрубок в полимерной матрице.

Новый технический результат, достигаемый при добавлении данного композиционного наполнителя в полимерматричные композиты, заключается в значительном повышении их электропроводности за счет гомогенного распределения углеродных нанотрубок в объеме композита. Гомогенному распределению углеродных нанотрубок в объеме полимерной матрице способствует использование полисилоксанов в полимерном нанокомпозите следующей структуры: (-R₁R₂Si-О-R₃R₄Si-)_m, где R_i-H, -C_nH_2n+1 при n=1-20).

Отличительные признаки предложенного технического решения на порядок повысили электропроводность полимерматричных композитов.

Достижение улучшенных показателей назначения иллюстрируется нижеприведенными данными исследований и опытов.

Опытной проверкой было установлено повышение электропроводности на два порядка в сравнении с полимерматричным композитом без добавления полиолефинового композита, модифицированного углеродными нанотрубками.

Пример.

В качестве исходных материалов используются:

- многослойные углеродные нанотрубки диаметром 20-30 нм, длиной 5-7 мкм;

- полиолефиновый эластомер (LC 370);

- полисилоксан (-R₁R₂Si-О-R₃R₄Si-)_m, где R_i -H, -C_nH_2n+1 при n=1-20.

Смешение компонентов проводилось на двухвалковой мельнице (BL-6175-A) при температуре 120°С в течении 20 мин. Соотношении компонентов в изготавливаемых экспериментальных образцах представлено в табл. 1

Далее, с использование полученных экспериментальных образцов изготавливались полимерматричные композиты, методом литья под давлением на термопластавтомате Haitan SA 900 со следующим соотношением компонентов:

Полипропилен PPG 1120-16 - 90 мас. %, образец 1 -10 мас.%;

Полипропилен PPG 1120-16 - 90 мас. %, образец 2 -10 мас.%;

Полипропилен PPG 1120-16 - 90 мас. %, образец 3 -10 мас.%.

По результатам объемного электросопротивления получены следующие результаты:

образец 1 -10^-3 См/м;

образец 2 -10^-3 См/м;

образец 3 -10^-1 См/м.