Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание электропроводящего гидрофобного покрытия, содержащего углеродные нанотрубки

ФИО: Соловьянчик Л.В.

Направление: Современные материалы и технологии их создания (У.М.Н.И.К.)

Институт: Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов

Целью данного проекта является получение электро-гидрофобного лака на основе полимерной матрицы, с нековалентно функционализированными углеродными нанотрубками.

Наличие у полимерных композиционных материалов функциональных свойств позволит расширить спектр их применения. В настоящее время эксплуатация конструкций и элементов из ПКМ в условиях низких температур и высокой влажности приводит к возникновению обледенения, а в условиях сухого воздуха к накоплению статического электричества, что может привести к возникновению источников пожара. В настоящее время данные задачи решаются путем применения металлических сеток, высоконаполненных покрытий и материалов. Однако использование данных приемов приводит к усложнению технологии производства изделий, увеличению их весовых характеристик, снижению запаса прочности конструкций в результате ухудшения физико-механических свойств высоконаполненных полимерных материалов. Анализ мировых тенденций развития материаловедения в области разработки ПКМ, показывает, что одним из возможных решений перечисленных проблем является разработка лака, обладающего электропроводностью и сверхгидрофобными свойствами.

CF2CF2CF2CF2CF2CF3OSiO1,5HNSiO1,5SiOCH3OHklmx

Рисунок 1 – Химическая формула одного из фторсодержащих сополимеров, которые будут использоваться в работе

Углеродные нанотрубки, обладая высокой удельной поверхностью и выдающимися электропроводящими свойствами позволяют эффективно решать задачу придания ПКМ необходимого уровня электропроводящих свойств при относительно малых (до 10% масс. по массе связующего) концентрациях. Использование в качестве модификатора УНТ сополимера с фторсодержащими блоками, позволяет регулировать силы взаимодействия наполнителя и матрица, что в результате процессов самоорганизации, образует рельеф, обеспечивающий сверхгидрофобные свойства поверхности. Для решения поставленной задачи в качестве модификатора УНТ будет использован кремнийорганический фторсодержащий сополимер, в состав которого входит 3 функциональных блока: гидрофобный – фторсодержащий, финильный, обеспечивающий связь с УНТ и функциональный, обеспечивающий связь с полимерной матрицей (рисунок 1). Возможность регулировать количество функциональных групп позволяет добиться необходимого уровня взаимодействия на границе УНТ/модификатор, модификатор/полимерная матрица.

В отличие от гидрофобных и электропроводящих ПКМ разрабатываемый лак будет прост в применение, обладая высокой адгезией к ПКМ и металлам, его можно наносить на готовые детали, а вязкость и однородность структуры позволит наносить его при помощи стандартных технологий. Еще одно преимущество – это долговечность покрытия в условиях жесткой эксплуатации.

Лак предназначен для нанесения на корпуса автомобилей и элементы из ПКМ другого транспорта, эксплуатирующихся в условиях Арктики; внешние элементы авиационной техники: лопасти вертолетов и обшивка фюзеляжа; пластиковые и металлические детали морских буровых; надстройки судов и ледокольного флота; опоры линий электропередач из полимерных композиционных материалов; ответственные детали газо- и нефтепроводов.

В результате реализации проекта планируется получить патент на создание электро-гидрофобного лака, не имеющего аналога.

В процессе работы в первом году планируется:

1) анализ научно-технической и патентной литературы, разработка методики определения краевых углов смачивания границ раздела полимерная матрица/модификатор, поверхность графита/модификатор;

2) отработка режимов изготовления лаковой композиции и способов нанесения покрытия;

3) исследование закономерностей образования рельефа на поверхности и краевых углов смачивания границ раздела полимерная матрица/модификатор, поверхность графита/модификатор;

4) исследование влияния самоорганизации компонентов композиции на величину поверхностной проводимости и гидрофобности лакового покрытия;

во втором году:

1) исследование влияния концентрации УНТ и типа модификатора на эксплуатационные свойства покрытия;

2) выбор модификатора, обеспечивающего необходимый уровень функциональных и эксплуатационных свойств.

3) изготовление экспериментальных образцов покрытия, проведение испытаний;

4) подведение результатов исследований, написание отчета по выполненной работе.