Об электропроводности эпоксидной матрицы с углеродными нанотрубками
Автор: Семенов В.А., Русаков С.В., Гилев В.Г.
Статья в выпуске: 3, 2019 года.
Бесплатный доступ
Полимерные материалы на основе эпоксидных смол широко применяются при создании различных устройств и конструкций. В настоящей работе экспериментально исследована электропроводность эпоксидных матриц, модифицированных углеродными нанотрубками, при непрерывном протекании тока в процессе их полимеризации при постоянном напряжении. Актуальность проведенного исследования связана с необходимостью построения адекватной теоретической модели ориентационного упорядочивания углеродных нанотрубок в жидкой полимерной матрице в электрическом поле. Приводится описание экспериментальной установки и методики измерений. Представлены результаты измерения вольт-амперных характеристик образцов композитных материалов с различными массовыми концентрациями углеродных нанотрубок, из которых следует, что проводимость имеет омический характер. Определены времена установления тока, протекающего через образцы, после начала полимеризации при постоянном напряжении. По установившимся значениям тока показано, что проводимость образцов эпоксидных матриц, через которые протекал ток при полимеризации, больше проводимости образцов, через которые ток не протекал. При этом с увеличением концентрации нанотрубок наблюдается увеличение разности проводимостей образцов. Проведено исследование зависимости проводимости образцов от температуры через сутки после начала полимеризации композитного материала. Установлено, что при нагревании до 90 °С проводимость образца, через который пропускался ток при полимеризации, уменьшается до значений проводимости образца без тока. Проведенное в работе исследование связано с изучением возможных технологий ускорения отверждения композитных материалов при изготовлении крупногабаритных конструкций на их основе в условиях космоса. Полученные результаты также могут быть использованы для разработки перспективных технологий изготовления композитных материалов с заданными электрофизическими и механическими свойствами путем воздействия на материалы электрических полей соответствующей конфигурации в процессе их полимеризации.
Композитные материалы, эпоксидная матрица, углеродные нанотрубки, электропроводность, температурная зависимость
Короткий адрес: https://sciup.org/146281954
IDR: 146281954 | УДК: 539.3; | DOI: 10.15593/perm.mech/2019.3.09
About electrical conductivity of the epoxy matrix with carbon nanotubes
Polymeric materials on the basis of epoxy resins are widely applied in production of various devices and structures. In real work electrical conductivity of epoxy matrixes modified by carbon nanotubes under continuous current in the course of their polymerization at a constant tension is experimentally investigated. The relevance of the research is bound to an adequate theoretical model of orientation ordering of carbon nanotubes for a liquid polymeric matrix for an electric field. The description of the pilot unit and measurement technique is provided. The paper presents the measurement results of volt-ampere characteristics of specimens of composite materials with various percentages (by weight) of carbon nanotubes, which prove that the conductivity has an ohmic character. Stabilization times of the current proceeding through the specimens after the beginning of polymerization at a constant tension are defined. According to established values of current it is shown that the conductivity of the specimens of epoxy matrixes through which current at polymerization proceeded is higher than the conductivity of specimens through which current didn't proceed. At the same time with an increase of nanotubes concentration, there comes an increase of difference of the specimens’ conductivity. The research of dependence of the specimen conductivity on temperature in a day after the beginning of polymerization of the composite material is conducted. It is established that when heating to 90 C, the conductivity of the specimen imposed with the current during polymerization decreases to values of the specimen conductivity without current. The research is aimed at studying how to make solidification technologies of composite materials faster for production of large parts in space applications. The received results can be also used for development of prospective manufacturing techniques of composite materials with the given electrophysical and mechanical characteristics using electric fields of the corresponding configuration in the course of their polymerization.
Список литературы Об электропроводности эпоксидной матрицы с углеродными нанотрубками
- Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки // Успехи физических наук. - 1997. - Т. 167, № 9. - С. 945-972.
- Investigation on Sensitivity of a Polymer/сarbon Nanotube Composite Strain Sensor / N. Hu, Y. Karube, Arai [et al.] // Carbon. - 2010. - No. 48. - P. 680-687. DOI: 10.1016/j.carbon.2009.10.012
- Electrical Percolation Behavior in Silver Nanowire - Polystyrene Composites: Simulation and Experiment / S.I. White, R.M. Mutiso, D. Jahnke, S. Hsu, J. Li, J.E. Fischer, K.I. Winey // Advanced Functional Materials. - 2010. - No. 20. - P. 2709-2716. DOI: 10.1002/adfm.2010.00.451
- Абдрахимов Р.Р., Сапожников С.Б., Синицын В.В. Сенсоры давления и температуры на основе суспензии эпоксидной смолы и углеродных нанотрубок // Вестник ЮУрГУ. Сер. Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. - 2013. - Т. 13, № 4. - С. 16-23.
- Mechanical and electrical property improvement in CNT/Nylon composites through drawing and stretching / X. Wang, P.D. Bradford, W. Liu [et al.] // Composites Science and Technology. - 2011. - Vol. 71. - No. 14. - P. 1677-1683. DOI: 10.1016/j.compscitech.2011.07.023
