Звіт про науково-дослідну роботу: „Розробка процесів отримання структурно упорядкованих частинок біовуглецю, як модифікуючих наповнювачів вуглець пластиків”

Звіт про науково-дослідну роботу: „Розробка процесів отримання структурно упорядкованих частинок біовуглецю, як модифікуючих наповнювачів вуглець пластиків”

Репозиторій DSpace/Manakin

Вхід

Домашня сторінка
→
3. Науковий напрямок-новітні технології порошкової металургії, металеві і композиційні матеріали та порошкові покриття
→
звіти
→
Переглянути статтю

Звіт про науково-дослідну роботу: „Розробка процесів отримання структурно упорядкованих частинок біовуглецю, як модифікуючих наповнювачів вуглець пластиків”

Керівник роботи: Мазна Олександра Вікторівна, к.т.н. ,(Email: mazna@i.ua)

URI: http://library.ipms.kiev.ua/handle/123/322

Дата: 2017

Анотація:

ОБ’ЄКТИ ДОСЛІДЖЕННЯ – процеси отримання вуглецевих наноструктурных частинок шляхом піролізу і карбонізації деревини сосни та бамбуку при застосуванні гідротермальних процесів (при температурах до 250 С) та пічної високотемпературної обробки (температура до 2500 С), структура та властивості продуктів піролізу і карбонізації деревини та бамбуку, наномодифікація полімерних композиційних матеріалів для підвищення електропровідності та механічних властивостей. МЕТА РОБОТИ – розробка науково-технологічних основ отримання вуглецевих наноструктурних частинок (ВНЧ) з деревини (зокрема із відходів деревообробки) і бамбуку, що мають упорядковану (кристалічну) структуру і можуть бути застосовані як модифікатори полімерних композитів – вуглецьпластиків для підвищення електропровідності, міцності та модуля пружності. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ – електронна та оптична мікроскопія, визначення електропровідності та фізико-механічних властивостей. Розроблена технологія отримання ВНЧ в процесах гідротермальної обробки (ГТО) деревини при низьких температурах (до 250 С) і визначені особливості упорядкування структури біовуглецю. Визначено склад і структура сировини з бамбуку, як об’єкту для отримання біовуглецю. Проведені процеси отримання біовуглецю з бамбуку методами ГТО і визначені склад і структури ВНЧ, отриманих із бамбуку. Проведений порівняльний аналіз структури і властивостей (електропровідності) ВНЧ з біовуглецю, що отримані за різними технологіями. Досліджено склад і структура полімерних композиційних матеріалів на основі високомодульних вуглецевих волокон з наномодіфікованою полімерною матрицею. Визначено перспективні процеси уведення частинок-модифікаторів у полімерне зв’язуюче для подальшого використання в композитах. Показано, що використання вуглецевих наноструктурних частинок для модифікування полімерного зв’язуючого є ефективними для підвищення електричних і фізико-механічних властивостей вуглецевих композитів. і дозволяє реалізувати потенційно високі властивості вуглецевих волокон для використання в композиційних матеріалах. КЛЮЧОВІ СЛОВА: НАНОСТРУКТУРНІ ВУГЛЕЦЕВІ ЧАСТИНКИ З ДЕРЕВИНИ ТА БАМБУКУ, ГІДРОТЕРМАЛЬНА ОБРОБКА, ПІРОЛІЗ ТА КАРБОНІЗАЦІЯ, НАНОМОДИФІКУВАННЯ ПОЛІМЕРНИХ КОМПОЗИТІВ, ВЛАСТИВОСТІ ВУГЛЕПЛАСТИКІВ.

Опис:

СКОРОЧЕНИЙ ЗМІСТ ВИСНОВКІВ РЕЦЕНЗЕНТІВ. Тема, що рецензується, була виконана у відділі композиційних матеріалів ІПМ НАН України з метою розроблення процесу отримання нових легких конструкційних матеріалів-вуглецьпластиків. Ці композити є матеріалами 21 століття, адже вони все ширше застосовуються у конструкціях сучасної авіаційної техніки та вітроенергетики. Суттєвою особливістю роботи є використання в полімерних композитах як зміцнюючих наповнювачів нанорозмірних частинок вуглецю, які отримують за розробленими авторами технологіями переробки деревини, включаючи відходи сосни і бамбуку. Результати досліджень біовуглецю показали, що при його карбонізації вже при 1000 С в аргоні в аморфній матриці починається упорядкування структури, коли з’являються незалежні базисні шари графіту (графітові шари). З підвищенням температури карбонізації до 2400 С зростає доля графітових частинок та їх розмір. З метою отримання вуглецевих частинок необхідного нанорозміру та властивостей в роботі досліджені декілька видів термохімічної обробки рослинної сировини. Дуже успішним з науково-практичної сторони виявилася енергозберігаюча технологія – гідротермальний синтез, яка дозволила отримати під впливом тиску певного водного середовища частинки кристалічного біовуглецю при температурах до 250 С. Автори роботи дослідили продукти гідротермальних процесів та виявили їх особливості при використанні як низько- так і високотемпературних технологій отримання нановуглецевих наповнювачів композитів. Робота основана на визначенні особливостей упорядкування структури біовуглецю. Поведено порівняльний аналіз структури і властивостей (зокрема, електропровідності) наночастинок сосни та бамбуку. В результаті використання методів SEM, TEM, XRD, FTIR проведена характеризація отриманих продуктів, та рекомендовано їх застосування як наповнювачів епоксидних зв’язуючих полімерних композитів. Таким чином, авторами проведено розроблення науково-технологічних основ отримання вуглецевих наночастинок з відходів сосни і бамбуку та показано їх корисний вплив на підвищення властивостей епоксидних композитів. Високий рівень проведених досліджень та їх результати свідчать про можливість подальшого впровадження їх в сучасну техніку. Рецензована робота відноситься до сучасної проблематики створення нових композиційних матеріалів з підвищеними фізико-механічними властивостями, де використовуються як наповнювачі нанорозмірні частинки біовуглецю. В свою чергу, такі наповнювачі отримують з рослинної сировини – в даному випадку відходів сосни та бамбуку шляхом високотемпературної обробки (карбонізації) та технології гідротермального синтезу, яка дозволяє застосовувати низькі температури (до 250 С) завдяки каталітичній обробці біосировини в умовах водного середовища під дією тиску. Автори провели низку дослідів з отримання вуглецевих нанодисперсних частинок за різними технологіями, виявили особливості структури синтезованих продуктів, провели їх характеризацію методом рентгенівського аналізу, електронної мікроскопії та ІЧ-спектроскопії, розробили методики оцінки електропровідності наночастинок і визначили технологічні критерії щодо застосування цих наповнювачів як наномодифікаторів епоксидних композитів. В роботі із стружки сосни отримано графенові розчини та наночастинки графіту і аморфного вуглецю, а із відходів бамбуку – наночастинки графіту та карбіду кремнію. Саме ці види наповнювачів мають практичне значення для застосування в конструкційних та зносостійких композиційних матеріалах на основі епоксидних полімерів. Окремі розділи роботи присвячені важливим елементам нанотехнології – а саме технологіям уведення наночастинок на поверхню вуглецевих волокон – нанопрофілюванню графеновими розчинами (для «заліковування» пор та дефектів) та наномодифікації зв’язуючого при об’єднанні наночастинок зі складовими епоксидного зв’язуючого. Практичні результати цих досліджень були експериментально здійснені на створених відділом 33 технологічному стенді та пілотній лінії. На цьому обладнанні було отримано наномодифіковані вуглецеві нитки з ПАН-сировини та композиційні матеріали у вигляді мікропластиків та армованих зразків. Випробування механічних властивостей цих матеріалів довело ефективність використання наномодифікації нанодисперсними наповнювачами та графеновими частинками: зафіксовано підвищення міцності композитів (до 15 %), модуля Юнга (до 15-20 %), зростання ударної в’язкості (в 1,5-2 рази). Виконана робота має важливе науково-практичне значення та заслуговує позитивної оцінки. ПРОПОЗИЦІЇ ПРО ПОДАЛЬШЕ ВИКОРИСТАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ РОБОТИ. Використання результатів роботи доцільно провести на підприємствах авіаційної і космічної галузей промисловості України, а також при створенні об’єктів вітроенергетики і нової техніки.

Показати повний запис статті