СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭПОКСИНАНОКОМПОЗИТОВ С УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ, ПОЛУЧЕННЫМИ МЕТОДОМ ФЛОАТ-КАТАЛИЗА
Аннотация
Приготовлены эпоксинанокомпозиты с «войлоком» из УНТ, полученных методом флоат-катализа, в качестве наполнителя. Исследованы морфология и структура «войлока» из УНТ методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии, а также исследована морфология исходной эпоксидной композиции и эпоксинанокомпозитов методом растровой электронной микроскопии. Определено содержание остаточного катализатора в «войлоке», а также температура начала окисления методом термогравиметрического анализа. Определена удельная площадь поверхности «войлока» из УНТ методом физической сорбции азота. Изучены процессы отверждения эпоксинанокомпозитов и исходной эпоксидной композиции методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Определены температура стеклования и модуль упругости эпоксинанокомпозитов посредством комбинации методов динамического механического анализа и термомеханического анализа. Определена удельная проводимость образцов эпоксинанокомпозитов по методу Ван-дер-Пау. Определено влияние «войлока» из УНТ на процесс отверждения эпоксинанокомпозитов с различным количеством отвердителя. Установлено, что наличие УНТ приводит к замедлению отверждения в эпоксинанокомпозитах при стехиометрическом составе эпоксидной композиции, однако при избытке отвердителя наполнитель из УНТ ускоряет протекание реакции отверждения. Показано, что отвердитель может вступать в экзотермическую реакцию с поверхностью УНТ. Обнаружено, что структура эпоксидных нанокомпозитов имеет высокую степень неоднородности: наряду с волокнообразными структурами и индивидуализированными УНТ в образцах присутствуют области, характерные для эпоксинанокомпозитов c наполнителем из УНТ, которые изготовлены способом CVD. Установлено, что неотвержденные композиции, полученные в данной работе, в дальнейшем могут быть использованы для производства электропроводящих углепластиков и функциональных покрытий.
Литература
Malik R., McConnell C., Zhang L., Borgemenke R. Kleismit R., Wolf R., Haase M.R., Hsieh Y.-Y., Noga R.,
Alvarez N., Mast D., Shanov V. Processing and applications of CNT sheets in advanced composite materials. Nanotube Superfiber Materials: Science, Manufacturing, Commercialization. 2019. P. 383–429. DOI: 10.1016/B978-0-12-812667-7.00016-1.
Conroy D. Moisala A., Cardoso S., Windle A., Davidson J. Carbon nanotube reactor: Ferrocene decomposition, iron particle growth, nanotube aggregation and scale-up. Chem. Eng. Sci. 2010. V. 65. N 10. P. 2965-2977. DOI: 10.1016/j.ces.2010.01.019.
Meng F. Zhao J., Ye Y., Zhang X., Li Q. Carbon nanotube fibers for electrochemical applications: Effect of enhanced interfaces by an acid treatment. Nanoscale. 2012. V. 4. N 23. P. 7464-7468. DOI: 10.1039/C2NR32332J.
Wang K., Li M., Liu Y.N., Gu Y., Li Q., Zhang Z. Effect of acidification conditions on the properties of carbon nanotube fibers. Appl. Surf. Sci. 2014. V. 292. P. 469-474. DOI: 10.1016/j.apsusc.2013.11.162.
Mordkovich V.Z., Urvanov S.A., Kravchenko V.D., Kazennov N.V., Zhukova E.A., Karaeva A.R. Modification of carbon fiber-polyurethane interface with carbon nanotubes. Mater. Res. Innov. 2016. V. 20. P. 14-17. DOI: 10.1080/14328917.2015.1131419.
Mordkovich, V.Z., Karaeva A.R., Urvanov S.A., Kazennov N.V., Zhukova E.A. Novel Flexible Composites Reinforced with CNT-Grafted Fibers. MRS Advances. V.1. P. 1453-1458. DOI: 10.1557/adv.2016.192.
Kondrashov S.V., Grachev V.P., Akatenkov R.V., Aleksashin V.N., Deev I. S., Anoshkin I.V., Rakov E.G., Irzhak V.I. Modification of epoxy polymers with small additives of multiwall carbon nanotubes. Polym. Sci. - Ser. A. 2014. V. 56. P. 330–336. DOI: 10.1134/S0965545X14030079.
Lin Y., Kim J.‐W., Connell J. W., Lebrón‐Colón M., Siochi E.J. Purification of carbon nanotube sheets. Adv. Eng.
Mater. 2015. V. 17. N 5. P. 674-688. DOI: 10.1002/adem.201400306.
Mordkovich V.Z., Kazennov N.V., Ermolaev V.S., Zhukova E.A., Karaeva A.R. Scaled-up process for producing longer carbon nanotubes and carbon cotton by macro-spools. Diamond Relat. Mater. 2018. V. 83. P. 15-
DOI: 10.1016/j.diamond.2018.01.017.
Bronikowski M.J. CVD growth of carbon nanotube bundle arrays. Carbon. 2006. V. 44. P. 2822-2832. DOI:
1016/j.carbon.2006.03.022.
Brukh R., Mitra S. Mechanism of carbon nanotube growth by CVD. Chem. Phys. Lett. 2006. V. 424. P. 126-132. DOI: 10.1016/j.cplett.2006.04.028.
Zhao T.K., Zhao X., Yan J., Du L., Li T.H. Diametercontrolled synthesis of single-walled carbon nanotubes.
Adv. Mater. Res. 2013. V. 652–654. P. 151–154. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.652-654.151.
Weller L., Smail F.R., Elliott J.A., Windle A.H., Boies A.M., Hochgreb S. Mapping the parameter space for direct-spun carbon nanotube aerogels. Carbon. 2019. V. 146. P. 789-812. DOI: 10.1016/j.carbon.2019.01.091.
Rodiles X., Reguero V., Vila M., Alemán B., Arévalo L., Fresno F., de la Peña O’Shea V.A., Vilatela J.J. Carbon nanotube synthesis and spinning as macroscopic fibers assisted by the ceramic reactor tube. Sci. Rep.
V. 9. P. 9239. DOI: 10.1038/s41598-019-45638-6.
Mordkovich V.Z., Karaeva A.R. Prospective ways for production and application of longer carbon nanotubes.
Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2010. V. 18. P. 516-522. DOI: 10.1080/1536383x.2010.488520.
Kuwana K., Saito K. Modeling CVD synthesis of carbon nanotubes: Nanoparticle formation from ferrocene.
Carbon. 2005. V. 43. P. 2088 - 2095. DOI: 10.1016/j.carbon.2005.03.016.
Karaeva A.R., Kazennov N.V., Mordkovich V.Z., Zhukova E.A. Carbon nanotubes by continuous growth,
pulling and harvesting into big spools. Materials Today: Proceedings. 2018. V. 5. P. 25951-25955. DOI: 10.1016/
j.matpr.2018.08.010.
Reguero V., Alemán B., Mas B., Vilatela J.J. Controlling carbon nanotube type in macroscopic fibers synthesized by the direct spinning process. Chem. Mater. 2014. V. 26. P. 3550–3557. DOI: 10.1021/cm501187x.
Kuan C.-F., Chen W.-J., Li Y.-L., Chen C.-H., Kuan H.- C., Chiang C.-L. Flame retardance and thermal stability of
carbon nanotube epoxy composite prepared from sol–gel method. J. Phys. Chem. Solids. 2010. V. 71. P. 539–543.
DOI: 10.1016/j.jpcs.2009.12.031.
Tran T.Q., Fan Z., Mikhalchan A., Liu P., Duong H.M. PostTreatments for Multifunctional Property Enhancement of Carbon Nanotube Fibers from the Floating Catalyst Method. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016. V. 8. P. 7948–7956. DOI: 10.1021/acsami.5b09912.
