Badania nad oddziaływaniem nanorurek węglowych w kompozytach z osnową poliakrylonitrylową i węglową

Abstract

Celem pracy było opracowanie sposobu otrzymywania poliakrylonitrylowych (PAN) i węglowych włókien nanokompozytowych zawierających nanorurki węglowe (CNT) jednorodnie rozprowadzone w osnowie. Połączenie CNT z osnową węglową stwarza możliwości osiągnięcia nowych, niespotykanych dotąd właściwości włókien węglowych. Jednakże podstawowym problemem do rozwiązania jest właściwa dyspersja nanoskładnika w osnowie. W pracy skoncentrowano się na znalezieniu efektywnego sposobu dyspersji CNT w osnowie polimerowej i węglowej. Stopień dyspersji CNT w roztworze polimerowym kontrolowany był m.in. przez pomiar wielkości cząstek stosując metodę dynamicznego rozpraszania światła (DLS) oraz drogą pomiaru stopnia absorbancji promieniowania. Wyniki tej części badań posłużyły do wybrania najbardziej skutecznej metody dyspersji CNT. Dalsza część pracy opisuje właściwości włókien polimerowych i węglowych otrzymanych w optymalnych warunkach rozprowadzenia CNT w roztworze. Określono wpływ CNT obecnych w matrycy włókna nanokompozytowego na wybrane właściwości fizyczne i mechaniczne oraz jego strukturę. Wyniki pozwoliły na wyciągnięcie następujących wniosków: nanorurki węglowe posiadają tendencje do tworzenia aglomeratów w środowisku polimerowym i w osnowie węglowej, które powodują obniżenie właściwości mechanicznych nanokompozytów, a także przyczyniają się do indukowania porowatości we włóknach; odpowiednia metoda dyspersji CNT w roztworze PAN poprawia właściwości włókien nanokompozytowych; niewielka ilości nanorurek w polimerze poprawia jego stabilność termiczną oraz zmniejsza skurcz termiczny w stosunku do czystych włókien, czego skutkiem może być wzrost wartości modułu Younga włókien nanokompozytowych; wytrzymałość węglowych włókien nanokompozytowych, uzyskanych w optymalnych warunkach dyspersji jest wyższa o ok. 100% w porównaniu do włókien bez optymalizacji procesu dyspersji; we włóknach nanokompozytowych w niskich temperaturach obserwuje się silny spadek wartości przewodnictwa elektrycznego, który może być związany ze słabą lokalizacją nośników ładunku na nanorurkach węglowych.