Современная химия




ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТОВ

проблемы внедрения нанокомпозитов

- повышенная химическая стойкость в различных промышленных средах;
- улучшенные физико-механические характеристики для ответственных узлов машин и механизмов;
- высокая тепло-, термо - и огнестойкость материалов;
- био- и радиационная стойкость конструкций и сооружений;
- материалы с функциями самоконтроля и индикации;
- конструкционные материалы, обладающие комплексом улучшенных характеристик, например, повышенная химостойкость и износостойкость, термо - и химостойкость и т.д.
- конструкционные материалы с регулируемыми в процессе эксплуатации свойствами и др.

Проблема внедрения нанокомпозитов предусматривает последовательное решение ряда взаимосвязанных задач:

- Анализ технической доступности и проработанности проблем производства в промышленных масштабах различных видов нанонаполнителей для полимерных композиционных материалов.

- Разработка технологий промышленного производства нанокомпозитов с созданием системы контроля качества и декларированных эксплуатационных характеристик материала. Разработка нормативно-технической и конструкторско-технологической документации. Решение вопросов сертификации, лицензирования, патентования и защиты интеллектуальной собственности.

- Разработка научно-технических принципов создания нанокомпозитов с заданными свойствами: физико-математическое моделирование, химический анализ и фотометрическое структурирование, анализ воздействия физических полей и т.п.

Разработка рецептур и технологий введения наночастиц в матрицу полимера, проведение комплексных лабораторных исследований для подтверждения ожидаемых свойств и качеств новых материалов.

- Организация промышленного производства конструкционных нанокомпозитов и изделий из них. Коммерциализация результатов научно-технической деятельности.

Известно, что получаемые с применением наноструктур композиты, обладают уникальными свойствами: высокой прочностью и пластичностью, высокими каталитическими и магнитными характеристиками, селективной поглощающей способностью, триботехническими свойствами, термо- и химической стойкостью и другое. Например, введение 1.5% палладия в два раза повышает прочность композита на сжатие, сурьма делает композит практически не горючим и т.д. Одной из проблем внедрения полученных результатов, является то обстоятельство, что проводимые исследования не унифицированы и проводятся разными авторами по индивидуальным методикам, что не дает возможности провести полноценный сравнительный анализ полученных результатов и выработать качественные и количественные рекомендации по практическому их применению.

Не решены также вопросы определения оптимальной концентрации наночастиц и равномерного их распределения по всему объему матрицы. Это необходимо не только для того, чтобы максимально использовать огромную удельную площадь поверхности наночастиц, но и для того, чтобы максимально задействовать их поверхностную энергию.

Сегодня многие организации и предприятия заявляют о своей возможности производства наноматериалов, пригодных для промышленного применения. Однако эти материалы обладают своими индивидуальными характеристиками (диаметром, длиной, количеством слоев, удельной площадью поверхности, дефектностью, количеством примесей, наличием функциализации и др.). Необходимо провести работы по унификации требований к исходным продуктам, ранжировать наноматериалы по свойствам, определить общие требования и подходы к производству промышленных наноматериалов.

Важным фактором в процессе получения улучшенных характеристик нанокомпозита является разработка технологических основ введения и равномерного распределения наночастиц по всему объему полимерной матрицы, поскольку под действием Ван-дер- Ваальсовых сил, одиночные наночастицы образуют устойчивые агломераты, которые приводят к ухудшению прочностных характеристик композита. В процессе проведения данной работы необходимо учитывать и отличия в режимах полимеризации различных реактопластов. Известные способы разделения агломератов на отдельные наночастицы, такие как механические диспергаторы, устройства использующие энергию физических полей, золь-гель методы и др., не лишены ряда известных недостатков и достаточно сложны в практическом применении

Для контроля состояния диспергирования наночастиц в объеме полимера в настоящее время используется сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) и просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ), но оба эти метода очень трудоемки, дороги и доступны лишь немногим исследователям. Поэтому актуальной проблемой является разработка методик изучения и контроля структуры получаемых нанодисперсий, которые позволяют убедиться в степени ее гомогенизации и обеспечения стабильности достигаемых характеристик.

Научно-техническая проблема создания специальных конструкционных композитов, заключается в существенной разнице свойств полимерной матрицы, армирующих материалов и наполнителей, которая не позволяет полномасштабно использовать свойства наиболее прочного (химостойкого, абразивостойкого и т.п.) компонента системы в конкретных условиях эксплуатации изделия. Введение нанодисперсных добавок позволит выровнять физико-механические свойства основных компонентов композита и , в какой-то мере повысить или создать новые потребительские качества и свойства конечного продукта. При этом не стоит забывать о том, что необходимо строго соблюдать технический регламент производства самого композита, начиная от подготовки и приемочного контроля составляющих, выполнения условий смешивания, нанесения и отверждения, заканчивая процедурами постотверждения, хранения и ввода в эксплуатацию. В противном случае эффект от введения наночастиц будет минимальным.

Упрочняющее действие наночастиц в композите связано не столько с аддитивностью механических свойств матрицы и наполнителей по закону Холла-Петча, сколько с воздействием нанонаполнителя на структуру поверхностей разделения компонентов композита: более плотной упаковки молекул матрицы, кристаллизацией и текстурированием полимерной матрицы, образованием иных модификаций межмолекулярных связей полимера. Повышение удельной поверхности нанонаполнителей (снижение диаметра фуллеренов, нанотрубок, нановолокон и т.п.) улучшает его взаимодействие с молекулами полимерной матрицы и свойства композита в целом, при условии равномерного диспергирования наночастиц в матрице.

Анализ доступной информации по данному направлению развития наноиндустрии показал, что описанные работы и тенденции поиска необходимых решений пока не вышли за рамки лабораторных исследований и экспериментов, поэтому говорить о массовом внедрении полученных результатов в практику – не приходится. Тем не менее, отдельные уже достигнутые результаты исследований могут приниматься в промышленную разработку и подтягивать за собой общую инфраструктуру производства, включающую разработку нормативно-технической документации, стандартизацию понятий, технологий, систему показателей и контроля параметров и т.д. Необходимо проанализировать и доказать степень эффективного воздействия на свойства композита уже полученных видов наночастиц и не только углеродного состава. Какие количественные и качественные характеристики конечного продукта (изделия) могут быть получены применением того или иного нанонаполнителя или их комбинацией? Разработать эффективную и недорогую систему пооперационного контроля качества производства нанокомпозитов и качества конечного изделия и т.д. и т.п. Для сравнительной оценки получаемых результатов исследования нанокомпозитов, необходима унификация методов проведения экспериментальных работ, разработка критериев соответствия и оценочных характеристик получаемых материалов.

Из опыта работы со стеклонаполненными композиционными материалами нашего предприятия, для себя мы выделили следующие проблемы, с которыми пришлось столкнуться в практике реальной работы по изготовлению специальных видов машиностроительной продукции, эксплуатируемой в агрессивной рабочей среде:

- недостаточная химическая стойкость защитных систем на основе химостойких композитов, особенно при температурах выше + 100 град.С (для жидких сред). Необходимо достичь рубежа +250-300 град. С, что закроет потребности многих химических производств;

- недостаточная теплостойкость в сочетании с химостойкостью для газовых сред. Сейчас этот уровень не превышает +250 град.С. Нужно, как минимум, вдвое выше;

- недостаточная прочность и вибростойкость стеклонаполненных композиционных материалов. Углепластики пока слишком дороги для использования в общемашиностроительной практике;

- отсутствуют композиционные материалы с функциями индикации и самоконтроля при эксплуатации, что существенно бы повысило безопасность работы опасных производственных объектов;

- необходимо поработать в направлении создания нанокомпозитов с «эффектом памяти» для регулирования параметров и свойств изделия в процессе эксплуатации, в зависимости от производственных потребностей.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Новинки полимеров:

TЕХНОЛОГИИ 3М: холодная усадка кабельной изоляции

News image

Холодная усадка была впервые изобретена компанией 3М в 1968 году, и с тех пор приобрела широкую популярность во многих странах мира в качестве альте...

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЖКХ

News image

По оценкам ЦЭНЭФ, реализация энергосберегающих мер в ЖКХ может привести к экономии энергии до 70%. Повышение энергоэффективности всей отрасли ЖКХ с ...

ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТОВ

News image

- повышенная химическая стойкость в различных промышленных средах; - улучшенные физико-механические характеристики для ответственных узлов машин и ...

НОВЫЕ ЛИТЬЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

News image

Инновационные технологии, такие как многокомпонентное литье, литье с декорированием в форме и литье со вставками, литье со вспениванием, литье с впр...

Новые продукты оргсинтеза:

АСПАРТАМ (E-951): мнимая и реальная опасность

News image

FDA официально объявил генетически модифицированный нейротоксин - аспартам, широко известный как Nutrasweet, искусственным подсластителем . Аспартам (E-951) не просто генетически модифицированно...

НОВАЯ ЛИНЕЙКА ЦЕФАЛОСПОРИНОВ «СИНТЕЗА»

News image

ОАО «Синтез» продолжает расширять линию инъекционных антибиотиков-цефалоспоринов и начинает выпуск новых препаратов: – антибиотика–цефалоспорина III поколения ЦЕФОПЕРУС® (международное название ...

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛУЗГИ РИСА В ПРОИЗВОДСТВЕ КРЕМНИЯ

News image

Несмотря на то, что кремний использовался первобытным человеком ещё 600 тысяч лет назад в виде каменных орудий труда, возможности этого элемента и его соединений раскрывались в течение столетий чрез...

Авторизация



YOU ARE HERE: Главная - Новинки полимеров - ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТОВ

Великие химики:

ГАН (Hahn), Отто

News image

Немецкий химик Отто Ган родился во Франкфурте-на-Майне и был одним из трех сыновей Генриха Гана, стекольщика, и Шарлотты Гизе (в девичестве Штуцман)...

КАЛВИН (Calvin), Meлвин

News image

Американский химик-органик Мелвин Калвин (Кэлвин) родился в Сент-Поле (штат Миннесота), в семье Розы И. (Хервиц) Калвин и Элиаса Калвина. Его родите...

Институты химии:

Институт химии силикатов РАН

News image

Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов имени И.В. Гребенщикова Российской академии наук создан в марте 1948 года. Институт являе...

Институт органического синтеза им. И. Я. Постовского

News image

Институт органического синтеза им. И. Я. Постовского Уральского отделения РАН (ИОС УрО РАН) создан постановлением Президиума РАН от 29