Полиолефиновый композит, наполненный углеродными нанотрубками, для повышения электропроводности, модифицированный смесью полисилоксанов

Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления полимерматричных композитов, требующих повышенных значений электропроводности. Теплоэлектропроводный полиолефиновый композит, наполненный углеродными нанотрубками, содержит полиолефиновый эластометр и смесь полисилоксанов, содержащую полиметилсилоксан и маслорастворимую полиэтилсилоксановую жидкость, с углеродными нанотрубками. Технический результат заключается в повышении электрофизических свойств полимерматричных материалов и в снижении концентрации углеродных нанотрубок. 1 табл., 1 пр.

 

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

В данном изобретении предложен материал, являющийся полимерным композиционным материалом, модифицированным углеродными нанотрубками, предназначенный для существенного повышения электро- и теплопроводности.

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 полимерные композиции на основе термоотверждающегося полимера и углеродных нанотрубок.

Авторы патента RU 2490204 разработали 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.

Наиболее близким аналогом разработанного технического решения является патент RU 2389739, авторы которого разработали полимерную композицию, содержащую термоотверждающийся полимер, в качестве которого могут быть использованы термопластичные полиолефины, полиэтилен, полипропилен, сополимеры пропилена, этилен-пропиленовый каучук, тройные сополимеры этилена-пропилена-диена, сополимеры акрилонитрила-бутадиена-стирола, акрилонитрила-ЕРЭМ-стирола, поливинилхлорид, полистирол, полиамиды, поликарбонат, полибутилентерефталат, полиэтилентерефталат, полифениленоскид и простой полифениленовый эфир и углеродные нанотрубки.

Недостатком данного технического решения является невысокая удельная электро- и теплопроводность получаемых полимерных композитов за счет неравномерного распределения наполнителей из углеродных нанотрубок в матрице полимера.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональных свойств полимерных композитов, в частности электро- и теплопроводности.

Требуемый технический результат достигается тем, что теплоэлектропроводный полиолефиновый композит, наполненный углеродными нанотрубками, содержащий полиолефиновый эластометр и смесь полисилоксанов, которая содержит полиметилсилоксан и малорастворимую полиэтилсилоксановую жидкость, с углеродными нанотрубками при следующем соотношении компонентов, мас. %:

углеродные нанотрубки 5-15
полиметилсилоксан 0,1-1,5
маслорастворимая полиэтилсилоксановая жидкость 1-15

полиолефиновый эластомер остальное

Наличие смеси полисилоксанов в полимерном композите способствует гомогенному распределению углеродных нанотрубок в полимерной матрице, а также снижению их концентрации.

Новый технический результат, достигаемый при использовании данного композиционного материала, заключается в значительном повышении его электро- и теплопроводности за счет гомогенного распределения углеродных нанотрубок в объеме композита. Гомогенному распределению углеродных нанотрубок в объеме полимерной матрицы способствует использование смеси полисилоксанов.

Отличительные признаки предложенного технического решения на порядок повысили электро- и теплопроводность полимерных композитов.

Достижение улучшенных показателей назначения иллюстрируется нижеприведенными данными исследований и опытов.

Увеличение содержания полиметилсилоксана более 1,5 мас.% в полимерном композите приводит к ухудшению реологических свойств смеси при переработке и в дальнейшем к снижению механических свойств композита. При содержании полиметилсилоксана менее 0,1 мас.% не происходит достаточной гомогенизации углеродных нанотрубок в объеме полимерного композита.

Использование маслорастворимой полиэтилсилоксановой жидкости обусловлено необходимостью приготовления дисперсии из углеродных нанотрубок на этапе их введения в композит для придания им требуемых технологических параметров, таких как вязкость и гомогенность распределения в объеме.

При использовании для этих целей менее 1 мас.% маслорастворимой полиэтилсилоксановой жидкости не удается добиться требуемой вязкости жидкости, тогда, как увеличение содержания более 15 мас.% приводит к ухудшению электро- и теплофизических свойств конечного продукта.

Концентрация углеродных нанотрубок обусловлена тем, что при содержании углеродных нанотрубок менее 5 мас.% не достигается перколяционного порога увеличения электро- и теплопроводности, тогда как при содержании углеродных нанотрубок более 15 мас.% не происходит дальнейшего увеличения электро- и теплопроводности, что вероятно связано с агломерацией углеродных нанотрубок.

Опытной проверкой было установлено повышение электропроводности на два порядка и теплопроводности в 2,5 раза в сравнении с полимерным 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 (МУНТ);

- полиолефиновый эластомер (LC 370);

- полиметилсилоксан с молекулярной массой от 300000 до 1200000 (ПМС);

- маслорастворимая полиэтилсилоксановая жидкость (ПЭС 5).

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

По результатам исследования объемного электросопротивления получены следующие результаты

Образец 1 - 10-3 См/м

Образец 2 - 10-2 См/м

Образец 3 - 0,8 См/м

По результатам исследования теплопроводности, получены следующие результаты:

Образец 1 - 0,6 ВТ/мК

Образец 2 - 1,2 Вт/мК

Образец 3 - 1,7 Вт/мК

Теплоэлектропроводный полиолефиновый композит, наполненный углеродными нанотрубками, содержащий полиолефиновый эластометр и смесь полисилоксанов, которая содержит полиметилсилоксан и маслорастворимую полиэтилсилоксановую жидкость, с углеродными нанотрубками при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеродные нанотрубки 5-15
полиметилсилоксан 0,1-1,5
маслорастворимая полиэтилсилоксановая жидкость 1-15

полиолефиновый эластомер остальное.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к новым полиорганосилоксановым композициям, вулканизуемым в горячем состоянии с образованием кремнийорганических эластомеров, то есть вулканизуемым при температуре материала, которая в общем случае находится в интервале от 100 до 200°C и в случае необходимости может доходить до 250°C.

Изобретение относится к химическим композициям для покрытия металлических поверхностей вагонов-думпкаров, полувагонов и другого горнотранспортного, транспортного оборудования против примерзания и прилипания к ним вскрышных пород, угля, железной руды и прочих влажных сыпучих материалов при температуре окружающего воздуха до -75°C.

Изобретение относится к радиоэлектротехнике, в частности к получению полимерных композиций, предназначенных для поглощения высокочастотной энергии в СВЧ-устройствах.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, в частности к получению полимерных композиций, предназначенных для поглощения высокочастотной энергии в СВЧ-устройствах.

Изобретение относится к термостойким композициям с высокой отражательной и низкой излучательной способностью для покрытий, которые могут наносится на жесткие элементы конструкций, подвергающихся воздействию открытого пламени.

Изобретение относится к светопреобразующему силиконовому изделию для осветительного прибора, содержащему его осветительному прибору и к способу производства указанного изделия.
Изобретение относится к композиционным средствам пожаротушения, в частности к порошкообразным микрокапсулированным огнегасящим средствам, огнегасящим материалам и покрытиям, содержащим огнегасящий агент в форме микрокапсул.
Изобретение относится к композиционным средствам пожаротушения, в частности к порошкообразным микрокапсулированным огнегасящим средствам, огнегасящим материалам и покрытиям, содержащим огнегасящий агент в форме микрокапсул.
Изобретение относится к средствам тушения огня, а именно микрокапсулированному огнегасящему агенту, содержащему полимерную оболочку и ядро из огнегасящей жидкости.
Изобретение относится к композиционным средствам пожаротушения, в частности к порошкообразным микрокапсулированным огнегасящим средствам, огнегасящим полимерным материалам и покрытиям, содержащим огнегасящий агент в форме микрокапсул.

Изобретение относится к полимерному материалу для применения в теплоизоляции. Полимерный материал образуется из термопластичной композиции, содержащей непрерывную фазу, включающую матричный полимер, и в которой добавка микровключения и добавка нановключения диспергированы в форме дискретных доменов.

Изобретение относится к пористому полимерному материалу, имеющему мультимодальное распределение пор по размеру, и к способу его получения. Материал формуют путем приложения усилия к термопластичной композиции, содержащей непрерывную фазу, включающую первую и вторую добавки включения в виде дискретных доменов, диспергированных в непрерывной фазе.

В изобретении представлена методика (способ) инициации образования пор в полимерном материале, который содержит термопластичную композицию. Термопластичная композиция содержит добавки микровключения и нановключения, диспергированные в непрерывной фазе, которая включает матричный полимер.

Изобретение относится к защитному элементу, поглощающему энергию удара, и к защитной экипировке, содержащей этот защитный элемент. Защитный элемент содержит полимерный материал, образованный вытягиванием из термопластичной композиции.

Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления полимерматричных композитов, требующих повышенных значений электропроводности.

Изобретение относится к кабелю, в том числе к сшитому кабелю, также к способу его производства кабеля, более предпочтительно к способу производства силового кабеля.
Изобретение относится к уплотнительному профилю для дверей и окон, выполненных из смеси материалов, включающих, об.%: этиленпропилендиеновый каучук 10-50, сополимер пропилена с этиленом 8-50, наполнитель 5-70, парафиновое масло 0-20, ускоритель-донор серы 0,1-5, сера 0,5-5, оксид цинка 0,5-3.

Изобретение относится к неводной суспензии агента снижения гидродинамического сопротивления течению углеводородных жидкостей, которая может быть использована в трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов при перекачке их в турбулентном режиме течения.

Изобретение относится к композициям и способам изготовления пленок, где в композиции входят первичные полимеры и переработанный материал, полученный из потока промышленных отходов.

Изобретение относится к способу введения углеродных нанотрубок в полиолефины для получения нанокомпозитов, используемых при получении различных изделий из полимерных композиционных материалов.

Изобретение относится к композиции покрытия и может использоваться для покрытия баллонов, применяемых для хранения аэрозолей. Композиция покрытия содержит полимерный материал, содержащий полиэфиримидный полимер, одно или больше титанатных веществ, одно или больше сшивающих веществ, реагирующих с ОН-группами, и одно или более кислых сложнополиэфирных соединений.

Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления полимерматричных композитов, требующих повышенных значений электропроводности. Теплоэлектропроводный полиолефиновый композит, наполненный углеродными нанотрубками, содержит полиолефиновый эластометр и смесь полисилоксанов, содержащую полиметилсилоксан и маслорастворимую полиэтилсилоксановую жидкость, с углеродными нанотрубками. Технический результат заключается в повышении электрофизических свойств полимерматричных материалов и в снижении концентрации углеродных нанотрубок. 1 табл., 1 пр.

Наверх