Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Нанокомпозиты. Часть 15

Другие характеристики композитов исследуются гораздо реже, и делается сравнительно мало попыток описать их композиционную зависимость моделями. Одной из характеристик, упомянутых довольно часто в отношении слоистых силикатных нанокомпозитов, является температура теплового отклонения (HDT) или, проще говоря, термостойкость: за пределами этой температуры материал может претерпевать необратимые изменения в химической структуре. И это свойство тесно связано не только с изменением химическое состава, но и с жесткостью материала. Стоимость является важным атрибутом каждого инженерного материала и уменьшается с увеличением содержания наполнителя в традиционных композитах, но обычно увеличивается в нанокомпозитах. Более того, снижение цен на полимеры и увеличение стоимости компаундирования делают любой композит конкурентоспособным, только если его технические преимущества используются в полной мере.

Введение любого армирования может изменить внешний вид продукта (цвет, поверхность) или повлиять на стабильность соединения. Теплоемкость, теплопроводность, усадка и диэлектрические свойства можно количественно описать с помощью моделей, используемых для описания зависимости модуля от состава. Наполнители и армирующие вещества влияют на барьерные свойства полимеров: проницаемость газов и паров уменьшается с увеличением содержания наполнителя. Ожидается, что слоистые силикаты улучшат это свойство в достаточной степени, и одним из их потенциальных применений считается упаковка – производство материалов с улучшенными барьерными свойствами. Существуют модели для описания этого явления, которые учитывают извилистость диффузионного пути, и два свойства должны быть специально упомянуты здесь.

Существуют приложения, которые требуют определенной проводимости, такие как воздуховоды в шахтах, трубы для транспортировки растворителя, защита от электромагнитных помех (EMI) и некоторые другие области. Проводимость обычно достигается путем введения проводящих наполнителей. Традиционно в таких применениях используются специальные проводящие сажи или металлические наполнители, но в последнее время ведутся интенсивные исследования по использованию углеродных нановолокон или нанотрубок для этой цели. Проводимость постепенно увеличивается при определенном содержании добавки, и утверждается, что порог перколяции для нанонаполнителей намного меньше, примерно на несколько десятых процента по массе, чем для традиционных наполнителей. Это утверждение полностью подтверждается результатами исследователей. Порог перколяции специальной электропроводящей сажи в поликарбонате составляет около 8%, в то время как с использованием одностенных нанотрубок уже менее 1% в том же полимере. Такое поведение можно описать, и зависимость проводимости от состава можно смоделировать с помощью теорий протекания.

Одной из первых целевых областей для слоистых композитов на основе силиката и УНТ было их использование в качестве несущих элементов полимерных структур. Серьезные препятствия были встречены во время производства деталей с желаемыми свойствами по причинам, описанным в предыдущих разделах, то есть трудности с контролем структуры, дисперсии, ориентации, адгезии и, что не менее важно, цены. Хотя некоторые компании за последнее десятилетие объявили, что используют по несколько десятков (в отдельных случаях — сотен) тонн нанокомпозитов в год, однако сравнение этого довольно большого количества с объемами традиционных полимеров пока не слишком существенно. Нанокомпозиты могут использоваться в качестве структурных элементов в определенных областях, но реальные потенциалы этих материалов находятся в специальном, нишевом применении. В предыдущих разделах мы уже упоминали об их использовании в качестве добавок в огнестойких упаковках или в качестве проводящих наполнителей для придания пластикам антистатического или проводящего характера. В следующей и последней части по нанокомпозитам мы упомянем три потенциальных области: мембранные технологии, а также медицинские приложения и электронику.