Популярное материаловедение

Нанокомпозиты

Наноструктурные композиционные материалы с комплексами палладия

Развитие приборо-, авиа- и ракетостроения, химической и других отраслей промышленности требует создания новых ПКМ с улучшенным комплексом свойств. Известно, что температура, при которой ПКМ сохраняют формоустойчивость и свойства, не превышает 400ºС, а углеродные материалы способны работать при 600-1000ºС. ПКМ на основе фенолоформальдегидных смол (ФФС) при высоких температурах образуют термостойкие углеродные материалы. Введение металлокомплексных соединений в ПКМ в наноразмерном состоянии (до 100 нм) приводит к улучшению свойств. Наноразмерные частицы (НРЧ) существенно отличаются от металлических порошкообразных наполнителей с размером частиц более 0,1-10 мкм, обычно используемых при создании ПКМ тем, что проявляют квантово-размерные свойства. Стабилизированные НРЧ, равномерно распределенные в полимерной матрице, уже при малых содержаниях в ПКМ (до 5 масс %) способны образовывать дополнительные узлы сетки, взаимодействовать с полимерными матрицами, что может привести к изменению прочностных характеристик полимерных нанокомпозитов (НК) [1,2].

В данной работе исследовали влияние строения комплексных соединений палладия на процессы карбонизации НК на основе ФФС, и свойства полученных углеродных материалов. Палладий способен образовывать комплексы с органическими соединениями, а при термическом разложении металлокомплексов взаимодействовать с продуктами реакции деструкции ФФС.

В ИОНХ им. Курнакова РАН были синтезированы новые устойчивые формы металлических НРЧ в виде комплексных соединений палладия, структурные формулы которых представлены на рис.: 1 - комплекс палладия с α,α'-дипиридилом (ДПП),2 - диацетат палладия (ДАП) и 3 - фенантролин палладия (ФП). Структура и свойства полученных соединений были исследованы с помощью элементного анализа и методов ТГА и ДТА.

Композиции с комплексами палладия в количестве 2, 4, 7 и 11 об% получали по традиционной технологической схеме производства фенольных пресспорошков. Введение комплексов палладия (КП) в малых количествах оказывает существенное влияние на физико-механические характеристики ПКМ. При содержании 2 %об КП в ПКМ прочность при сжатии в 1,5 раза выше, чем у исходного фенопласта.

Низкотемпературную обработку (карбонизацию) ПКМ различных составов проводили с целью получения углеродных материалов. Для установления влияния КП на физико-химические закономерности карбонизации фенопластов, конечную температуру термообработки варьировали в диапазоне от 300 до 800˚С, которую выбирали с учетом известных характеристических для ФФС температурных интервалов термодеструкции и с учетом результатов ДТА и ТГА, полученных для КП.

Материалы, содержащие продукты реакции комплексов палладия с образующимися при разложении ФФС соединениями, не разбухают при 300ºС, что связано со снижением остаточных напряжений, не растрескиваются и обладают формоустойчивостью.
В процессе карбонизации до 800ºС наноструктурные углеродные материалы сохраняют заданную форму при высокой скорости нагрева 600ºС/час, имеют меньшую усадку на 30%, пористость выше на 10% и коксовый остаток выше на 18%, чем исходный УКМ.
Установлено, что введение 11 об% ФП в фенопласт наряду с увеличением коксового остатка на 18%, пористостью на 30% повышает прочность при сжатии УКМ в 7,5 раз.

По материалам сайта www.e-plastik.ru