Определение составов полимерных композиционных материалов и методов активации углеродных наполнителей, обеспечивающих рациональное сочетание свойств полимерных композиционных материалов электротехнического и триботехнического назначения

Объект исследования: полимерные композиционные материалы электротехнического и триботехнического назначения с углеродными наполнителями. Цель работы – разработка, исследование структуры и свойств новых полимерных композиционных материалов с повышенными функциональными характеристиками, модифицированных углеродными наполнителями, электротехнического и триботехнического назначения. Задача первого этапа исследования – выбор полимеров, видов и марок углеродных наполнителей, а также способов физико-химической активации наполнителей, которые обеспечат требуемые диапазоны функциональных характеристик полимерных композитов электротехнического и триботехнического назначения. Методология проведения работы: - Экспериментальное исследование закономерностей влияния модифицирования на морфологию и элементный состав углеродных наполнителей. - Экспериментальное исследование закономерностей влияния выбранных углеродных наполнителей на свойства полимерных композитов электротехнического и триботехнического назначения. - Экспериментальное исследование закономерностей влияния технологических параметров на свойства полимерных композитов электротехнического и триботехнического назначения. - Разработка многоуровневого расчетно-экспериментального подхода к изучению влияния электропроводного технического углерода на модуль упругости полимерного композита на основе полиэтилена. - Определение (на основе анализа эффективности использования) полимерных матриц, углеродных наполнителей и способов их модификации, а также технологий изготовления полимерных композитов для дальнейших исследований. Результаты работы: 1. Установлены закономерности влияния электропроводных марок технического углерода и многостенных углеродных нанотрубок на функциональные характеристики электропроводных полимерных композиционных материалов. Впервые исследовано влияние высокоструктурного технического углерода СН1000 производства «Омск Карбон Групп» на функциональные характеристики композита на основе полиэтилена высокой плотности и влияние высокоструктурного технического углерода СН600 производства «Омск Карбон Групп» на функциональные характеристики композита на основе фотополимера, изготовленного методом 3D-печати. 2. Установлены закономерности влияния углеродного волокна, технического углерода и многостенных углеродных нанотрубок (исходных и химически модифицированных) на функциональные характеристики полимерных композиционных материалов триботехнического назначения. 3. Установлены закономерности влияния технологии изготовления (термопрессование с тремя наборами технологических параметров, литье в формы, 3D-печать) на функциональные характеристики электропроводных полимерных композиционных материалов. 4. Установлены закономерности влияния технологии изготовления на функциональные характеристики полимерных композиционных материалов триботехнического назначения. Впервые установлено влияние статического прессования композиционной смеси с наложением ультразвуковых колебаний частотой 17 кГц и одновременно наложенной низкочастотной амплитудной модуляцией 100 Гц на функциональные характеристики полимерных композитов триботехнического назначения. 5. Разработан комплексный расчетно-экспериментальный подход к изучению влияния технического углерода на модуль упругости полимерных композитов на различных структурных уровнях: ячейка с одной частицей наполнителя, со случайно распределенными частицами наполнителя, объем композита со случайно распределенными агломератами наполнителя и макроскопический объем композита. Подход и разработанные модели апробированы на композитах электротехнического назначения на основе линейного полиэтилена низкой плотности, наполненных электропроводным техническим углеродом. Получено хорошее согласование расчетных и экспериментальных данных. Область применения результатов: 1. Установленные закономерности влияния исследованных углеродных наполнителей, способов их модификации, а также технологий изготовления полимерных композитов на функциональные свойства ПКМ могут быть использованы при разработке новых полимерных композитов электротехнического и триботехнического назначения. 2. Разработанный комплексный расчетно-экспериментальный подход к изучению влияния технического углерода на модуль упругости полимерных композитов на различных структурных уровнях и разработанные модели после дополнительного тестирования могут быть рекомендованы к использованию для прогнозирования значений модуля упругости при разработке композитов с близкими по свойствам полимерами в качестве матрицы и дисперсными углеродными материалами в качестве наполнителя. Прогнозные предположения о развитии объекта исследования: полученные результаты будут использованы при проведении второго этапа исследования при разработке новых полимерных композиционных материалов с повышенными функциональными характеристиками, модифицированных углеродными наполнителями, электротехнического и триботехнического назначения.