Диссертация (Высокотехнологичные эпоксидные нанодисперсии и нанокомпозиты с регулируемой структурой и комплексом свойств)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»(Институт тонких химических технологий им. М. В. Ломоносова)На правах рукописиПыхтин Александр АлексеевичВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫЕ ЭПОКСИДНЫЕ НАНОДИСПЕРСИИ ИНАНОКОМПОЗИТЫ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СТРУКТУРОЙ ИКОМПЛЕКСОМ СВОЙСТВСпециальность: 05.17.06 – «Технология и переработка полимеров икомпозитов»ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук,профессорСимонов-Емельянов И.ДМосква- 2017ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 4ГЛАВА 1 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХНАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ ОЛИГОМЕРОВ....

101.1 Нанодисперсии и нанокомпозиты на основе эпоксидных олигомеров . 101.2 Технологии введения наночастиц в полимерные матрицы разнойприроды ............................................................................................................... 191.3 Нанонаполнители ......................................................................................... 281.4 Выводы из литературного обзора.

............................................................. 35ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.................................... 362.1 Состав связующего ...................................................................................... 362.2. Нанонаполнители ........................................................................................ 402.3. Метод введения и распределения наночастиц в олигомере. ..................

422.4 Исследование структуры нанодисперсий.................................................. 432.5. Исследование реологических свойств нанодисперсий на основеэпоксидных олигомеров .................................................................................... 442.6 Исследование реокинетики эпоксидных нанодисперсий на основеэпоксидного олигомера марки DER-330 и наночастиц углеродной иоксидной природы..............................................................................................

452.7 Исследование кинетики усадки эпоксинанокомпозитов ......................... 472.8 Определение внутренних напряжений при отверждении вэпоксинанокомпозитах ...................................................................................... 472.9 Исследование морфологии структуры эпоксинанокомпозитов методомэлектронной микроскопии ................................................................................ 482.10 Определение физико-механических характеристик эпоксидныхполимеров и эпоксинанокомпозитов ...............................................................

492.11 Определение степени отверждения эпоксидныхх полимеров иэпоксинанокомпозитов ...................................................................................... 502ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ИАГЛОМЕРАЦИИ НАНОЧАСТИЦ И ИХ ВЛИЯНИЯ НА КОМПЛЕКСТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭПОКСИДНЫХ НАНОДИСПЕРСИЙ ИЭПОКСИНАНОКОМПОЗИТОВ ......................................................................... 513.1 Исследование структуры дисперсий наночастиц в ЭО и морфологииструктуры отвержденных эпоксинанокмпозитов ........................................... 513.2 Исследование реологических свойств нанодисперсий на основеэпоксидных олигомеров ....................................................................................

643.3 Исследование реокинетики эпоксидных нанодисперсий на основеэпоксидного олигомера марки DER-330 и наночастиц углеродной иоксидной природы.............................................................................................. 703.4 Исследование процессов усадки при отверждении эпоксидныхнанодисперсий с наночастицами углеродной и оксидной природы ............ 743.5 Исследование кинетики нарастания остаточных напряжений изависимость их уровня от структуры в эпоксинанокомпозитах .................. 79ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХХАРАКТЕРИСТИК ЭПОКСИНАНОКОМПОЗИТОВ С РАЗНЫМИПАРАМЕТРАМИ СТРУКТУРЫ И ПРОРОДЙ НАНОЧАСТИЦ ....................

95Заключение .......................................................................................................... 110Литература ........................................................................................................... 113Приложение ......................................................................................................... 1253ВВЕДЕНИЕАктуальность работы.К современным полимерным композиционным материалам (ПКМ) ивысоконагруженным конструкциям различного назначения предъявляютсядостаточно жесткие требования, как по комплексу технологических, так иэксплуатационных свойств. В последнее время дляулучшенияиххарактеристик используют эпоксинанокомпозиты на основе эпоксидиановыхолигомеров (ЭО), которые находят все большее применение в авиа- иракетостроении,электронике,приборостроении,строительстве,автомобильной промышленности и т.д.Наночастицы (НЧ) в полимерной матрице, благодаря своей развитойповерхности и наноразмерным свойствам, оказывают существенное влияниена формирование гетерогенной структуры и взаимодействие на границераздела фаз, что приводит к изменению комплекса технологических иэксплуатационных свойств эпоксинанокомпозитов.В научно-технической и патентной литературе по полимернымнанокомпозитам приводятся многочисленные данные о связи физикомеханических характеристик с концентрацией нанонаполнителей, однакопроцессыструктурообразования,агломерацииизависимоститехнологических и эксплуатационных свойств эпоксинанокомпозитов отразмеров агломератов наночастиц, как правило, в полном объеме нерассматриваются.

Остается не решенной фундаментальная задача омеханизме усиливающего действия агломератов из наночастиц в полимернойматрице и аналогичных по размерам ультрадисперсных частиц одной и тойже химической природы.Системный подход к исследованию процессов структурообразования внанодисперсиях и эпоксинанокомпозитах с учетом агломерации наночастиц,содержания и влияния агломератов на свойства нанодисперсий и полимернойматрицы,атакжеккомплексномуизучениюреологическихи4реокинетических зависимостей, кинетики усадки, остаточных напряженийпри отверждении олигомерных эпоксинаносистем и физико-механическиххарактеристик, является актуальной задачей полимерного материаловеденияи технологии переработки.Разработка технологии получения эпоксикомпозитов с наночастицамиразличной химической природы, формы, размера, удельной поверхности наосновеЭОсрегулируемымкомплексомтехнологическихиэксплуатационных свойств является актуальной задачей при созданииновых компаундов, клеев, герметиков связующих для производства угле- истеклопластиковиизделийавиационнойтехникиизполимерныхкомпозитов.Цельработы:высокотехнологичныхразработкасоставовтехнологииэпоксидныхполучениянанодисперсийинанокомпозитов с оптимальными параметрами структуры и комплексомулучшенных технологических и эксплуатационных характеристик, а такжепроизводства компаундов, клеев, герметиков и конструкционных угле- истеклопластиков для авиационной техники.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующиеосновные задачи: исследоватьпроцессыагломерациииструктурообразованиявэпоксидных олигомерах в зависимости от химической природы, формы,размеров, удельной поверхности и концентрации наночастиц, а такжевлияние процесса отверждения на конечный размер агломератовнаночастиц при переходе от жидкого связующего к эпоксиполимеру; научно обосновать технологию введения и распределения наночастиц вэпоксидных олигомерах и полимерной матрице на разных уровняхгетерогенности (нано- и микроуровень) для получения нанодисперсий иэпоксинанокомпозитов с заданными параметрами структуры;5 установить влияние концентрации наночастиц иагломератов наразмеров ихреологические свойства и реокинетику эпоксидныхолигомеров при отверждении; исследовать кинетики усадки и нарастания остаточных напряжений приотверждении эпоксидных олигомеров и нанодисперсий при различныхтемпературах; изучить влияние параметров структуры, концентрации и размераагломератовнаночастицнакомплексфизико-механическиххарактеристик эпоксинанокомпозитов; разработать высокотехнологичные составы и технологию полученияэпоксидных нанодисперсий с пониженной вязкостью, минимальнымиусадкамииостаточнымиповышенныминапряжениямиприпрочностнымиотвержденииихарактеристикамиэпоксинанокомпозитов, а также производства компаундов, клеев,герметиковиконструкционныхугле-истеклопластиковдляавиационной техники.Научная новизна работы1.