Ижевский электромеханический завод «Купол» производит металл-углеродные нанокомпозиты по уникальной запатентованной технологии, которая позволила значительно снизить их цены по сравнению с аналогами. Более подробную информацию об этом можно получить на сайте завода www.kupol.ru.

Первые работы по модификации материалов нанокомпозитами проводились для улучшения эксплуатационных характеристик пенобетонов и бетонов, но со временем спектр эффективного применения нанокомпозитов стал расширяться, в том числе и за счет различных полимеров.

Одним из полимеров, широко применяемых в технологических процессах различных производств, является эпоксидная смола, так как составы на ее основе имеют высокую адгезию к различным материалам и стойкость к температурным воздействиям. Из эпоксидных смол готовят различные виды клея, электроизоляционные лаки, заливочные компаунды, стеклопластики, полимербетоны и т. д. С совершенствованием технологий возрастает потребность промышленности в современных материалах из эпоксидных смол с улучшенными эксплуатационными характеристиками, что подтверждается многочисленными обращениями по этому поводу в научно-экспериментальный комплекс наноструктур служб ОАО «ИЭМЗ «Купол» и других предприятий России. Именно поэтому приоритет научных изысканий сотрудников научно-экспериментального комплекса по разработке и применению наноструктур отдан сегодня этому направлению.

Методы повышения эксплуатационных характеристик довольно многообразны: от применения нового оборудования в технологических процессах изготовления полимерных композиций до синтеза новых полимеров. Но все же наиболее экономичный метод – это модификация уже существующих полимеров нанокомпозитами. Высокая активность нанокомпозитов в процессах самоорганизации позволяет изменять надмолекулярную структуру и тем самым качественно влиять на эксплуатационные характеристики модифицируемой среды. Стабилизация системы «полимер-нанокомпозит» при внесении в нее энергетически насыщенных нанокомпозитов происходит за счет возникновения новых химических связей. Дополнительно этому способствует наличие в составе нанокомпозитов ионов металла, что позволяет получать необходимый эффект при использовании сверхмалого количества модификатора: порядка 0.0001%–0.02% от общей массы материала.

Процесс модификации начинается с предварительной подготовки тонкодисперсной суспензии нанокомпозитов путем совместной механо-химической активации дисперсионной среды и нанокомпозитов. Далее полученная смесь обрабатывается в ультразвуковой ванне и вносится в основу полимерной матрицы. Благодаря механо-химической активации и ультразвуковой обработке удается наиболее полно провести распределение нанокомпозитов по объему дисперсионной среды, что является ключевым моментом в процессе модификации, а также исключить наличие крупных агломератов частиц, негативно влияющих на устойчивость суспензии.

Дисперсионная среда для модифицирующей суспензии подбирается из используемых для получения материала компонентов. Номенклатура таких компонентов, вводимых в эпоксидные смолы, довольно обширна: различные отвердители, пластификаторы, ускорители или комбинации этих веществ. Поэтому специалисты завода постоянно ведут исследовательские работы по поиску дисперсионных сред, отвечающих требованиям создания устойчивых суспензий. В ходе данных работ методами квантово-химического моделирования установлены оптимальные составы нанокомпозитов для модификации эпоксидных материалов. С учетом результатов данных расчетов были разработаны технологии изготовления тонкодисперсных суспензий нанокомпозитов на основе различных органических сред, в том числе: ангидридных и аминных отвердителей, спиртов, пластификаторов и растворителей типа толуол, ацетон. Проведенная работа позволяет Ижевскому электромеханическому заводу «Купол» предложить своим заказчикам модифицирующие нанокомпозиты для широкого спектра материалов из эпоксидных смол, используемых в машиностроении, электропроводящих паст, используемых в производстве конденсаторов, и связующих, применяемых для производства композитной арматуры, стекло- и углепластиков, строительных материалов.

Конструкционные клеи и электропроводящие пасты были изготовлены на основе эпоксидной смолы, отверждение которой проводилось тонкодисперсной суспензией на основе полиэтиленполиамина с медь/углеродным (Cu/C) нанокомпозитом (НК) для клеев и никель/углеродным (Ni/C) для паст. Отверждение эпоксидных смол для связующих проводилось тонкодисперсной суспензией нанокомпозита Сu/C на основе изометилтетрагидрофталевого ангидрида.

С использованием модифицированного связующего была изготовлена композитная стеклопластиковая арматура (АСП) различных диаметров, результаты испытаний которой показали, что предел прочности на разрыв всех образцов повысился не менее чем на 30%.

Испытания клеев, модифицированных нанокомпозитами, показали, что их адгезионная прочность выросла в среднем на 80%, а термостабильность в среднем на 100 °С.

Работы, связанные с разработкой специальных токопроводящих паст и клеев, показали, что полученные с применением нанокомпозитов пасты по техническим параметрам превышают аналог китайского производства по электрофизическим параметрам и могут конкурировать с ним на рынке. Адгезионная прочность пасты при сдвиге возросла на 37%, адгезионная прочность пасты при отрыве увеличилась на 20%, удельное объемное электрическое сопротивление пасты снизилось с 24.0*10^-5 Ом*см² до 2.2*10–5 Ом*см².

Таким образом, разработан эффективный способ модификации полимерных материалов на основе эпоксидных смол, позволяющий с минимальными затратами решать проблемы улучшения их эксплуатационных характеристик.

Более подробную информацию можно получить по телефонам 8(3412) 903068 или 903232.

В.Кодолов, В.Тринеева, М.Чашкин, А.Захаров, E-mail: techpro-ur@mail.ru

Источник: Журнал «Российские нанотехнологии» № 7–8 2011 год.