Применение современных экспериментальных методов (ультрамалоуглового рассеяния рентгеновских лучей и малоуглового рассеяния нейтронов) показало, что углеродные нанотрубки в суспензиях и полимерной матрице нанокомпозитов образуют кластеры, аналогичные макромолекулярным клубкам полимерных цепей. Эта аналогия позволяет использование хорошо разработанных и опробированных методов физической химии (в том числе и фрактальной) для описания структуры указанных кластеров, которая является определяющим фактором в формировании свойств нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки. Анализ структуры этих кластеров (кольцеобразных формирований) углеродных нанотрубок в полимерной матрице нанокомпозитов полипропилен/углеродные нанотрубки (нановолокна) показал, что они могут быть аналогами макромолекулярных клубков как линейных, так и разветвленных полимерных цепей, что определяется фрактальной размерностью кластеров. Граничным условием реализации того или иного типа кластеров является достижение критерия их протекаемости или фрактальной размерности кластера, равной 1,50: если эта размерность 1,50, то кластеры являются аналогом линейных полимерных цепей, а при размерности >1,50 – разветвленных. При одинаковом содержании нанонаполнителя аналоги линейных цепей позволяют получить более высокую степень усиления (модуль упругости) нанокомпозитов, чем аналоги разветвленных. В первую очередь это обусловлено более высоким уровнем межфазной адгезии полимерная матрица – нанонаполнитель для первого типа кластеров углеродных нанотрубок (нановолокон) по сравнению со вторым. Предложены уравнения, позволяющие количественную оценку степени усиления рассматриваемых нанокомпозитов на основе только степени разветвленности кластеров и содержания нанонаполнителя, которые показали хорошее соответствие с экспериментальными данными.
The application of modern experimental methods (ultrasmall-angle X-ray scattering and small-angle neutron scattering) was shown, that carbon nanotubes in suspensions and polymer matrix of nanocomposites form clusters, similar to macromolecular coils of polymer chains. This analogy allows using of well developed and approved methods of physical chemistry (including and fractal one) for description of structure of the indicated clusters, which is decisive factor in properties formation of nanocomposites polymer/carbon nanorubes. The analysis of structure of these clusters (ring-like formations) of carbon nanotubes in polymer matrix of nanocomposites polypropylene/carbon nanotubes (nanofibers) was shown, that they can be analogs of macromolecular coils of both linear and branched polymer chains, that is defined by fractal dimension of clusters. The boundary condition of both types clusters realization is reaching of their penetration criterion or fractal dimension of cluster, which is equal to 1.50: if this dimension 1.50, then clusters are analogue of linear polymer chains and at dimension >1.50 – branched ones. At the same contents of nanofiller analogues of linear chains allow to obtain higher reinforcement degree (modulus of elasticity) of nanocomposites, then analogues of branched ones. In the first place this is due to higher level of interfacial adhesion polymer matrix – nanofiller for first type of clusters of carbon nanotubes (nanofibers) in comparison with second one. The equations are proposed, allowing quantitative estimation of reinforcement degree of the considered nanocomposites on the basis of branching degree of clusters and nanofiller contents only, which are shown good correspondence with experimental data.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 32576474
