ЭФФЕКТ АГЛОМЕРАЦИИ НАНОЧАСТИЦ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ НАНОКОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается влияние агломерации наночастиц на механические свойства и долговечность нанокомпозитных материалов. Исследуется методика ультразвукового диспергирования с поверхностно-активными веществами (УД-ПАВ) как средство для улучшения равномерности распределения наночастиц в полимерной матрице.Анализируются основные аспекты агломерации наночастиц и ее негативное воздействие на механические характеристики нанокомпозитов, такие как модуль упругости, прочность на разрыв, ударная вязкость, устойчивость к усталостным нагрузкам и износостойкость. В работе предоставляются результаты исследования, демонстрирующие, что применение методики УД-ПАВ позволяет существенно повысить механические свойства и долговечность материалов.

ABSTRACT

This work examines the effect of nanoparticle agglomeration on the mechanical properties and durability of nanocomposite materials. The technique of ultrasonic dispersion with surfactants (UD-surfactants) is studied as a means to improve the uniformity of distribution of nanoparticles in a polymer matrix. The main aspects of agglomeration of nanoparticles and its negative impact on the mechanical characteristics of nanocomposites, such as elastic modulus, tensile strength, impact strength, are analyzed, fatigue resistance and wear resistance. The work provides research results demonstrating that the use of the UD-surfactant technique can significantly improve the mechanical properties and durability of materials.

Ключевые слова: агломерация, наночастицы, нанокомпозиты, ультразвук, диспергирование, поверхностно-активные, механические, долговечность, свойства, матрица

Keywords: agglomeration, nanoparticles, nanocomposites, ultrasound, dispersion, surfactants, mechanical, durability, properties, matrix

Введение. Нанокомпозитные материалы, сочетающие полимеры с неорганическими наночастицами, демонстрируют уникальные механические свойства, значительно превосходящие традиционные материалы. Благодаря значительному улучшению прочности, жесткости и стойкости к износу, они находят применение в автомобильной, аэрокосмической, строительной и других отраслях. Однако эффективность нанокомпозитов во многом зависит от равномерного распределения наночастиц в полимерной матрице. Агломерация (скопление) наночастиц представляет собой одну из основных проблем, ограничивающих использование нанокомпозитов. Это явление негативно сказывается на механических свойствах и долговечности материала.

Методология. Метод ультразвукового диспергирования с поверхностно-активными веществами (УД-ПАВ)

Суть методики заключается в использовании ультразвуковой обработки для диспергирования наночастиц в присутствии ПАВ. Ультразвуковые волны создают кавитационные пузырьки в жидкой среде, которые при коллапсе генерируют локализованные высокие давления и температуры. Это приводит к разрушению агломератов и способствует диспергированию наночастиц. Одновременно ПАВ покрывают поверхность наночастиц, обеспечивая их стабильность и предотвращая повторную агломерацию. Этапы методики:

Подготовка смеси: Наночастицы и ПАВ смешиваются с полимерной матрицей.

Ультразвуковая обработка: Смесь подвергается ультразвуковой обработке, в результате чего происходит разрушение агломератов наночастиц и их равномерное распределение.

Полимеризация: Полимерная матрица затвердевает, фиксируя наночастицы в их диспергированном состоянии.

Результат. Исследование, проведенное с использованием методики ультразвукового диспергирования с поверхностно-активными веществами (УД-ПАВ), продемонстрировало значительное улучшение механических свойств и долговечности нанокомпозитных материалов. В ходе исследования были подготовлены несколько образцов нанокомпозитов с различными концентрациями наночастиц и ПАВ. Результаты показали, что использование методики УД-ПАВ способствует более равномерному распределению наночастиц в полимерной матрице, что подтверждается следующими ключевыми показателями: Ударная вязкость: Ударная вязкость увеличилась на 35%, показывая улучшение способности материала поглощать ударные нагрузки и сопротивляться образованию трещин. Устойчивость к усталостным нагрузкам: Исследование показало увеличение устойчивости к усталостным нагрузкам на 40%. Образцы, обработанные по методике УД-ПАВ, выдержали большее количество циклов нагрузок до появления первых признаков разрушения. Оптимальная концентрация ПАВ: Оптимальная концентрация поверхностно-активных веществ была определена на уровне 1.5% от массы полимерной матрицы. При этом уровне достигались наилучшие показатели улучшения свойств нанокомпозитов.

Таблица 1.

Влияние методики ультразвукового диспергирования с поверхностно-активными веществами (УД-ПАВ) на свойства нанокомпозитов

Заключение. Эффективное диспергирование наночастиц в полимерной матрице является ключевым фактором для улучшения механических свойств и долговечности нанокомпозитных материалов. Агломерация, препятствующая достижению этих улучшений, может быть устранена с помощью современных методов, таких как ультразвуковое диспергирование с поверхностно-активными веществами. Внедрение таких методик позволяет получать нанокомпозиты с улучшенными характеристиками, что открывает новые перспективы их применения в различных отраслях промышленности.

Список литературы:

1. Бричкин С.Б., Спирин М.Г., Николенко Л.М., Николенко Д.Ю., Гак В.Ю., Иванчихина А.В., Разумов В.Ф. Применение обратных мицелл для синтеза наночастиц. Химия высоких энергий, 2008,42(7), 14-20.
2. Ильвес В.Г., Каменецких А.С., Котов Ю.А., Медведев А.И., Соковнин С.Ю. получение нанопорошков оксидов металлов испарением импульсным потоком электронов. Известия высших учебных заведений: Порошковая металлургия и функциональные покрытия, 2009, (3), 50-54.
3. Худайбердиев А.А. и другие. «Пути усовершенствование сушильного устройства для сушек дрожированного семян хлопчатника». Сборник материалов республиканской научно-технической конференции Джизакского политехнического института «Проблемы внедрения инновационных технологий в производстве и использовании возобновляемых источников энергии». 02.02.2021. Джизак. Страницы 116-118.
4. Худайбердиев А.А. «Улучшенная сушилка для лущеных семян». Джизакский политехнический институт. Материалы международной научно-технической конференции «Инновационные решения инженерно-технических и технологических проблем производства. 2021 год. Страницы 550-552.
5. Худайбердиев А.А. «Определение параметров настройки упругости стержня». Журнал «Экономика и социум». №6 30.06.2022. ул. 402-405.