ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИИ НАНО НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СВОЙСТВА ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИТОВ

Целью исследования является изучение влияния нанонаполнителей (наноалмазы и нитрид алюминия) и их функционализации аминоуксусной кислотой на структуру и физико-химические свойства полимерных композитов на основе эпоксидной смолы. В ходе исследования определены оптимальные концентрации аминоуксусной кислоты и, необходимые для обеспечения равномерного распределения частиц наноалмазов (НА) – 5% и нитрида алюминия (AlN) – 7,5% в полимерной матрице. Установлено, что указанные концентрации функционализирующего агента приводят к значительному повышению механических свойств композитов: в результате введения функционализированных нанонаполнителей отмечено повышение прочности на изгиб, модуля упругости, прочности на растяжение, ударопрочности и термостойкости эпоксидных композитов. Максимальное увеличение свойств составило от 6 до 50%. Наивысшие механические и термические характеристики были достигнуты при введении в композиты 0,1 масс.ч. НА и 0,05 масс.ч. AlN, это привело к увеличению термостойкости от 100-110°C до 132-168°C. Как нетронутые, так и функционализированные наночастицы приводят к повышению огнестойкости композитов, снижая потери массы и увеличивая кислородный индекс. Полученные нанокомпозитные материалы обладают исключительными механическими, термическими и пожаробезопасными свойствами, что позволяет рекомендовать их для применения в отраслях, где прочность и огнестойкость имеют решающее значение.

1. Necar M. Mechanical and Moisture Barrier Properties of Epoxy–Nanoclay and Hybrid Epoxy–Nanoclay Glass Fibre Composites: A Review / M. Necar, A. Farhan, M.S. Mian // Polymers. – 2022. – № 14. – Р. 1620.

2. Review article: Polymer-matrix nanocomposites, processing, manufacturing and application: An overview / F. Hussain et al // Journal of Composite Materials. – 2006. – № 40(17). – P. 1511-1575.

3. Mihajlin YU.A. Konstrukcionnye polimernye kompozicionnye materialy / YU.A. Mihajlin. – 2-e izd. – SPb.: Nauchnye osnovy i tekhnologii. – 2010. – 822 s.

4. Kislova YU. Rossijskij rynok epoksidnyh smol / YU. Kislova // Kompozitnyj mir. – 2009. – № 12. – С. 20-21.

5. Kadykova YU.A. Razrabotka bazal'tonapolnennyh epoksidnyh kompozitov s povyshennym kompleksom svojstv / YU.A. Kadykova // Dizajn. Materialy. Tekhnologiya. – 2012. – № 5(25). – C. 124-128.

6. Advances and Future Outlook in Epoxy / J.S. George et al // Graphene Composites for Anticorrosive Applications. Prog. Org. Coat. – 2022. – № 162. – Р. 106571.

7. Wear of Epoxy Composites with Sludge Filler by Means of Cutting Tool Grinding under a ShockAbrasive Impact / A.M. Mikhalchenkov et al // J. Mach. Manuf. Reliab. – 2022. – № 51. – Р. 126-131.

8. Xiang Q. Applications of Epoxy Materials in Pavement Engineering / Q. Xiang, F. Xiao // Constr. Build. Mater. – 2020. – № 235. – Р. 117529.

9. A Review on the Self-Healing Ability of Epoxy Polymers / F. Zhang et al // J. Appl. Polym. Sci. – 2021. – № 138. – Р. 50260.

10. Mikhal’chenkov A.M. Influence of the Concentration and Particle Size of the Filler in Epoxy – Gravel Composite on the Resistance to Contact Deformation When Introducing a Solid Sphere / A.M. Mikhal’chenkov, S.A. Fes’kov, I.V. Kozarez // Russ. Eng. Res. – 2023. – № 43. – Р. 972-975.

11. Malekshahinezhad K. Amine-Functionalized TiO2 Nanoparticles Covalently Loaded into Epoxy Networks via Thermal and Microwave Curing Processes / K. Malekshahinezhad, A. Ahmadikhaneghah, H. Behniafar // Macromol. Res. – 2020. – № 28. – Р. 567-572.

12. Mozaffarinasab H. Surface Modification of Carbon Nanotubes by a Bifunctional Amine Silane; Effects on Physical / Mechanical / Thermal Properties of Epoxy Nanocomposite / H. Mozaffarinasab, M. Jamshidi // Prog. Org. Coat. – 2023. – № 179. – Р. 107521.

13. Enhancement of Thermo-Mechanical Stability for Nanocomposites Containing Plasma Treated Carbon Nanotubes with an Experimental Study and Molecular Dynamics Simulations / Н. Jung et al // J. Sci. Rep. – 2020. – № 10. – Р. 405.

14. Engineering the Interfacial Adhesion in Basalt / M.C. Seghini et al // Epoxy Composites by Plasma Polymerization. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. – 2019. – № 122. – Р. 67-76.

15. A Review on Microwave Irradiation to the Properties of Geopolymers: Mechanisms and Challenges / Y. Sun et al // Constr. Build. Mater. – 2021. – № 294. – Р. 123491.

16. Effect of Microwave Irradiation at Different Stages of Manufacturing Unsaturated Polyester Nanocomposite / А. Shcherbakov et al // Polymers. – 2022. – № 14. – Р. 4594.

17. Domingues D. The Use of an Electric Field in the Preparation of Glass Fibre/ D. Domingues, E. Logakis, A.A. Skordos // Epoxy Composites Containing Carbon Nanotubes. Carbon. – 2012. – № 50. – Р. 2493-2503.

18. Tests of Physicochemical and Mechanical Strength Properties of Polymer Composites on an Epoxy Resin Matrix / Е. Miekos et al // Modified by a Constant Magnetic Field. Materials. – 2022. – № 15. – Р. 6730.

19. Hetemi D. Surface Functionalisation of Polymers / D. Hetemi, J. Pinson // Chem. Soc. Rev. – 2017. – № 46. – Р. 5701-5713.

20. Reinforcement of Epoxy Resin by Additives of Amine-Functionalized Graphene Nanosheets / T.Y. Yung et al // Coatings. – 2021. – № 11. – Р. 35.

21. Study on the Mechanical and Toughness Behavior of Epoxy Nano-Composites with ZeroDimensional and Two-Dimensional Nano-Fillers / X. Li et al // Polymers. – 2022. – № 14. – Р. 3618.

22. Highly Thermally Conductive Epoxy Composites with AlN/BN Hybrid Filler as Underfill Encapsulation Material for Electronic Packaging / W.A. Lee Sanchez et al // Polymers. – 2022. – № 14. – Р. 2950.

23. Schrand A.M. Nanodiamond Particles: Properties and Perspectives for Bioapplications / A.M. Schrand, S.A.C. Hens, O.A. Shenderova // Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. – 2009. – № 34. – Р. 18-74.

24. Mechanical Properties of Epoxy Composites with High Contents of Nanodiamond / I. Neitzel et al // Compos. Sci. Technol. – 2011. – № 71. – Р. 710-716.

25. Kim S.-H. Amine-Terminated Chain-Grafted Nanodiamond/ S.-H. Kim, K.Y. Rhee, S.-J. Park // Epoxy Nanocomposites as Interfacial Materials: Thermal Conductivity and Fracture Resistance. Compos. Part B Eng. – 2020. – № 192. – Р. 107983.

26. Surface Functionalization and Structure Characterizations of Nanodiamond and Its Epoxy Based Nanocomposites / Y.A. Haleem et al // Compos. Part B Eng. – 2015. – № 78. – Р. 480-487.

27. Coordinating Mechanical Performance and Fire Safety of Epoxy Resin via Functionalized Nanodiamond / Q. Wang et al // Diam. Relat. Mater. – 2020. – № 108. – Р. 107964.

28. Effect of Phosphorus and Chlorine Containing Plasticizers on the Physicochemical and Mechanical Properties of Epoxy Composites / A. Bekeshev et al // J. Compos. Sci. – 2023. – № 7. – Р. 178.