XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Развитие композиционных материалов не стоит на месте, так как их использование становится все шире и шире. Одним из наиболее универсальных термостойких полимеров по комплексу универсальных характеристик, являются полиимиды. На их основе получают: лаки, волокна, пеноматериалы и другие вещества, каждое из которых способно работать в термоэкстремальных условиях.

В работе [1] проведено несколько исследований. В результате первого были созданы композиционные материалы на основе модифицированной неорганическими наполнителями полимерной матрицы, ее роль играли полиимидные матрицы с различной степенью жесткости их структуры.

Матрица №1 – получена взаимодействием пиромеллитового диангидрида и 4,4'-оксидианилина (ПМДА\ОДА)

Матрица №2 – получена взаимодействием диангидрида 3,3',4,4'- бензофенонтетракарбоновой кислоты и n-фенилендиамина (БФДА\ПФДА)

Матрица №3 – получена взаимодействием пиромеллитового диангидрида и 4-[4-(4-аминофенокси)фенокси]фениламин (ПМДА\АФФА)

Во втором исследовании было предложено создание радиационно-защитных полиимидных материалов с использованием соединений бора, с частицами наноразмеров, в качестве наполнителя матрицы.

Таким образом, уменьшение размера частиц наполнителя матрицы и использование карбида бора, способно привести к:

Повышению огнестойкости композиционного материала;

Поглощению тепловых нейтронов;

Увеличению поверхности захвата нейтронов.

Исходными мономерами являлись:

4,4’-изопропилиден дифталевый ангидрид (ИДФА),

4,4’-(п-фенилендиокси)бис[фталевый ангидрид] (ФБФА),

4,4’-оксидианилин (ОДА), 4-[4-(4-аминофенокси)фенокси]анилин (АФФА);содержание наполнителя составляло от 20 масс.% до 60 масс.%.

Таблица 1

В таблице 1 представлены: термостойкость и термоокислительная деструкция композиционных материалов на основе карбида бора.

Определено, композиционный материал на основе 4,4’-изопропилиден дифталевого ангидрида и 4-[4-(4-аминофенокси)фенокси]фениламина обладает оптимальным составом.

В третьем исследовании шла работа по получению проводящих композиционных материалов с использованием нанотрубок, легированных йодом, в качестве наполнителя.

При легировании углеродных нанотрубок (УНТ) происходит изменение электронной структуры, вызванного переносом заряда, что приводит к резкому усилению проводимости.

Были исследованы полиимидные матрицы на основе:

диангидрида 3,3',4,4'-бензофенонтетракарбоновой кислоты и n-фенилендиамина (БФДА/ПФДА),

3,3',4,4'-бензофенонтетракарбоновой кислоты и 4,4'- оксидианилина (БФДА/ОДА).

Содержание легированных УНТ варьировалось от 0,1 масс.% до 1 масс.%

Полученные результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

Электрофизические свойства образцов полимерных композитов

Было выяснено, что все образцы являются полупроводниками p-типа. Полупроводники р-типа — проводники, имеющие вакантные места для электронов. Определено, что лучшей удельной электропроводностью обладают образцы БФДА/ОДА+0,5%МУНТ и БФДА/ОДА+1%МУНТ.

Четвертое исследование посвящено разработке новых полиимидных материалов, обладающих повышенной протонной проводимостью, термостойкостью, и стойкостью к агрессивным средам для создания мембран топливных элементов.

Изучению подвергся большой спектр полиимидных матриц на соответствие требованиям к материалам для мембран, таким как: протонная проводимость в воде, гидролитическая стабильность, устойчивость в температурном диапазоне от – 50 до + 90°С, окислительная стабильность.

Наилучшие результаты показали матрицы на основе

диангидрида нафталин 1,4,5,8-тетракарбоновой кислоты (НТДА/ОДА/БДСК)

диангидрида 4,4’-бинафтил-1,1’,8,8’-тетракарбоновой кислоты (БНТДА/ПФДА/БДСК).

Рис. 1 – Структуры протонопроводящих полиимидных матриц: 1 – НТДА/ОДА/БДСК;

2 – БНТДА/ПФДА/БДСК

Установлено, что предложенные полиимидные материалы можно использовать при создании мембран топливных элементов.

Таблица 3

Физико-химические свойства полиимидных протонопроводящих материалов

В работе [2] изучаются параметры, влияющие на физико-механические свойства полиимидных пленок, показаны возможности модификации полиимидных материалов в целью улучшения физико-механических характеристик продукта, таких как: относительное удлинение при растяжении и прочность при растяжении. Было отмечено, что температура имидизации мало влияет на прочность пленок, но на относительное удлинение при растяжении оказывает более значительное влияние.

Также в работе исследовалась возможность модификации полимерных полиимидных материалов с целью увеличения их относительного удлинения при растяжении. Было отмечено, что прочность удлинения при растяжении зависит от совместимости компонентов и от оптимальной концентрации нужного компонента.

В работе [3] представлен обзор, отражающий успехи, достигнутые в синтезе полиимидных связующих для создания конструкционных углеволокнистых композиционных материалов, свидетельствующих о значительном прогрессе в развитии химии и технологии полиимидов.

Было доказано, что разработка новых высокотеплостойких полиимидов, обладающих плавкостью или образующихся из фторполимеров с текучестью расплава, необходимой для диспергирования армирующего волокна в полимерную матрицу, несомненно, откроет пред этими полимерами новые области применения.

В работе [4] источнике шла работа по определению оптимального состава модифицированных полиимидов. Показано, что модификация полиимидных пленок олигоэфириклокарбонатом увеличивает эластичность.

При изучении полиармидных тканей, пропитанных различным полиимидным связующим, было установлено, что введение модификатора эпокситрифенольной смолы (ЭТФ) в состав полиамидокислоты увеличивает разрывную нагрузку композиционного материала.

Так же были созданы композиционные материалы на основе термопластичного полиимида и полиарамидной ткани, рекомендуемые для использования в конструкциях надувных космических модулей. При действии радиации на пропитанные ткани, ухудшение прочностных характеристик не наблюдается.

Сегодня полиимиды применяются в широкой области, начиная от производства высокотемпературных пластмасс и заканчивая аэрокосмической промышленностью.

Список литературы

Егоров А.С., Новые полиимидные материалы и композиты на их основе/ Егоров А.С., Богдановская М.В., Иванов В.С.,Царькова К.В., Косова О.В.// III Всероссийская научно-техническая конференция «Полимерные композиционные материалы и производственные технологии нового поколения» —Москва.—2018.—С.113-122.

Крамарев Д.В., Композиционные материалы на основе полиимидов/ Д.В. Крамарев, В.Г. Азаров, Н.Н. Чалая, В.С. Осипчик//Успехи в химии и химической технологии.—2016.—Т.30.—№10.—С.49-50.

Светличный В.М., Полиимиды и проблема создания современных конструкционных композиционных материалов/ В.М. Светличный, В.В. Кудрявцев// Высокомолекулярные соединения— 2003.—Т.45.—№6—С.984-1036.

Крамарев Д.В., Композиционные материалы на основе термопластичного полиимида и полиарамидной ткани: дис.... канд. тех. наук: 05.17.06./Крамарев Дмитрий Владимирович; Москва, 2018. — 139л.

Код для цитирования: Скопировать