ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАНОНАПОЛНИТЕЛЕЙ РАЗНЫХ ТИПОВ В ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТАХ

Аннотация

В работе проведен теоретический анализ эффективности применения нанонаполнителей разных типов для получения высокопрочных полимерных композитов. Выбраны три базовых вида наноразмерных неорганических нанонаполнителей: дисперсные наночастицы (0D - нанонаполнители), углеродные нанотрубки и нановолокна (1D-нанонаполнители) и органоглины, графен и т.п. (2D-наполнители). В качестве основного критерия эффективности применения нанонаполнителей использован относительный модуль упругости, т.е. степень усиления. В рамках перколяционной модели определены степени усиления нанокомпозитов для различных типов нанонаполнителей в зависимости от относительной объемной доли нанонаполнителей и межфазных областей. Показано, что межфазные области в полимерных нанокомпозитах трактуется как армирующий элемент структуры нанокомпозита. Для описания структуры поверхности частиц нанонаполнителя использована эффективная величина фрактальной размерности, которая служит определяющим фактором для относительной доли межфазных областей. При условии, что фрактальная размерность структурного каркаса частиц нанонаполнителя не может превышать фрактальную размерность объемлющего евклидова пространства, определена относительная доля межфазных областей, а через нее и максимальная степень наполнения для рассматриваемых типов нанонаполнителей. Результаты теоретической оценки предельного максимального значения фрактальной размерности частиц нанонаполнителя, проведенного в работе, показывают, что образование объемного каркаса частиц возможно только для анизотропных нанонаполнителей, а дисперсные частицы формируют цепочки, не изменяющие структуру полимерной матрицы по сравнению с матричным полимером. Обнаружено также, что для каждого типа нанонаполнителя существует предельная максимальная степень наполнения, определяющая в конечном итоге предельную максимальную степень усиления нанокомпозита. Указанные результаты позволяют сделать вывод о том, что наиболее эффективным для создания конструкционных полимерных нанокомпозитов является дисперсный нанонаполнитель.