УГЛЕВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИИМИДНЫХ МАТРИЦ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ НАНОЧАСТИЦАМИ В.Е.Юдин Заведующий лабораторией механики полимерных и композиционных. - презентация

1 УГЛЕВОЛОКНИСТЫЕ КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИИМИДНЫХ МАТРИЦ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ НАНОЧАСТИЦАМИ В.Е.Юдин Заведующий лабораторией механики полимерных и композиционных материалов Институт высокомолекулярных соединений РАН Санкт-Петербург

2 Разработка новых термостойких полимерных композиционных материалов в ИВС РАН Синтез полимеров Полимер Композит Матрица Лабораторные образцы Области применения Полиимиды, Роливсаны Термический Анализ (ТГА, ДСК), Реология растворов и расплавов Установка для получения волокон из растворов полимеров Комплекс лабораторного технологического оборудования для получения композитов Автоматизированный комплекс термомеханических испытаний Авиация, наземный транспорт, судостроение, медицина и т.д. Волокно

3 Äæ/ì 2 Óãëåðîä/óãëåðîäíûå ÊÌ Àìîðôíûå ÏÈ òåðìîïëàñòû ÏÂÏÑ è ÷àñòè÷íî- êðèñòàëëè÷åñêèå ÏÈ Ñåò÷àòûå ÏÈ Термомеханические свойства углепластиков на основе полиимидных связующих G 1C [ J/m 2 ] [ MPa] T [ C] Углерод/Углеродные композиты Аморфные термопласты Частично кристаллические и полу-ВПС Термореактивные Эпоксидные связующие

4 Почему полиимидные матрицы? 1.Высокая термо- и теплостойкость (Tg > 200 C, 0 > 450 C) 2.Огнестойкость (КИ > 40%) 3.Низкая токсичность продуктов термодекструкции 4.Высокие механические характеристики

5 Термомеханические свойства углепластиков на основе ПИ МатрицаV f [%] [GPa] Tg [ C] G 1C [J/m 2 ] o [ C] Кокс % ИДА ИПО ПЭИ ИПМ ТЕРМОРЕАКТОПЛАСТЫТЕРМОПЛАСТЫ ИДА (форполимер) ПЭИ ИПО (форполимер)ИПМ

6 Акустическая эмиссия при разрушении волокнистого композита (углепластик) Датчики АЭ

7 Почему необходимо уменьшать размер дисперсной фазы (наполнителя)? 1.Ведет к росту прочности и других механических свойств самого наполнителя 2.Более эффективная передача напряжения через границу раздела 3.Повышает трещиностойкость (вязкость разрушения) полимерной матрицы 4.Новые свойства (электрические, магнитные, оптические, барьерные и т.д.) ПОЛИМЕР-НЕОРГАНИЧЕСКИЕ НАНОКОМПОЗИТЫ

8 Температура Время Скорость сдвига Двухшнековый микросмеситель Полимер Наночастицы Получение нанокомпозита по расплавному методу Преимущества расплавной технологии: 1.Отсутствие растворителей 2.Скорость получения 3.Высокая вероятность промышленного использования Литьевая машина

9 Расплав олигоимида, наполненного силикатными наночастицами с различной морфологией 100 nm MMT ~ 100 nm MMT ~1 nm Complex Viscosity, Pa s Volume Fraction, % MMT-BAPS Силикатные нанотрубки ZrO 2 T = 260 o C = 1 rad/s = 1% P c ~ 1.5 vol% P c ~ 7 vol%

10 Высокотехнологичные термопласты Химическая структура Марка Tg °C Tm °C Вязкость Па с ULTEM GE 216ND ( °C) PEEK ICI ( °C) LaRC-CPI NASA (380°C) Р-ОДФО ИВС РАН ( °C)

11 Углепластик, волокна ЭЛУРG 1C, J/m 2 T m, C % cryst Р-ОДФО + 3%VGCF Р-ОДФО Влияние углеродного нановолокна на вязкость разрушения ПИ углепластика l F

12 Влияние силикатных наночастиц на вязкость разрушения, износ ПИ углепластика ПИ матрицаG 1С, Дж/м 2 G, ГПа Tg, С ИДА ИДА + 5% Галлуазит T = 150 C ИДА ИДА+5% галлуазит трубки галлуазита Зависимость интенсивности изнашивания от давления