Kompozyty polimerowe z hybrydowym napełniaczem węglowym - badania struktury i właściwości

Planowane w ramach projektu prace badawcze obejmują badania wstępne dotyczące oceny wpływu hybrydowego napełniacza węglowego (włókno węglowe - nanonapełniacz węglowy) na właściwości kompozytów na osnowie poli(chlorku winylu) (PVC). Dotychczasowe prace badawcze, w których uczestniczyłam, pozwoliły na ocenę wpływu zastosowania nanorurek węglowych (CNT) na właściwości nanokompozytów na osnowie poli(chlorku winylu) wytworzonych różnymi metodami.

Na podstawie badań własnych stwierdziłam, że stosowanie nanorurek węglowych lub grafenu (GNP) powoduje znaczące zmiany właściwości elektrycznych i sorpcyjnych nanokompozytów już przy niewielkim udziale nanonapełniacza w osnowie. Nanonapełniacze te w niewielkim stopniu wpływają jednak na zmianę właściwości mechanicznych otrzymanych nanokompozytów. Dlatego też w badaniach proponowanych do realizacji w ramach przedstawionego wniosku planuję zbadanie wpływu modyfikowanego napełniacza hybrydowego na właściwości mechaniczne i elektryczne nanokompozytów polimerowych. W literaturze opisywane są sposoby modyfikacji włókna węglowego nanocząstkami węglowymi takimi jak CNT czy GNP. Otrzymane hybrydowe napełniacze stosowane są przede wszystkim do modyfikacji żywic epoksydowych i poliestrowych. Dotychczas nie opisano stosowania takich napełniaczy hybrydowych do modyfikacji poli(chlorku winylu). Zastosowane modyfikacje nanonapełniaczy zwiększają dyspergowalność nanocząstek jednak mogą powodować pogorszenie właściwości elektrycznych. Planowane jest wytworzenie szeregu hybrydowych napełniaczy CF-CNT, CF-GN, CF-CNT-GNP. W tym celu zastosowane zostaną wieloetapowe metody opierające się na jednostkowych procesach: sonikacji, mieszania, nanoszenia warstwy polimerowej z nanocząstkami w obecności dyspergatorów, działania czynników utleniających takich jak r-r H2SO4 i HNO3 oraz czynników sprzęgających np. 3glicydyloksypropylotrimetoksysilan, 3-chloropropylotrimethoksysilan 3-aminopropylotrimetoksysilan. Modyfikacji poddane zostaną zarówno włókna węglowe jaki nanonapełniacze. Wytworzone napełniacze hybrydowe zostaną scharakteryzowane za pomocą spektroskopii FTIR, spektroskopii Ramana oraz SEM. Drugi etap planowanych badań obejmować będzie zbadanie wpływu otrzymanych w pierwszym etapie napełniaczy hybrydowych na właściwości wytworzonych kompozytów polimerowych. Modyfikacja PVC napełniaczem hybrydowym prowadzona będzie za pomocą mieszania w stanie uplastycznionym. Jednoczesna zmiana właściwości elektrycznych i mechanicznych otrzymanych kompozytów, będzie świadczyć o zwiększonych oddziaływaniach na granicy faz napełniacz - osnowa polimerowa. Ocena oddziaływań PVC - napełniacz hybrydowy będzie prowadzona w sposób pośredni poprzez analizę właściwości reologicznych (plastografometria, reometria kapilarna), wł. cieplnych (DSC, TGA, stabilność termiczna met. czerwieni Kongo), termiczno-mechanicznych (DMTA), mechanicznych (badania wytrzymałościowe przy rozciąganiu, udarność) i wł. elektrycznych (rezystywność skrośna i powierzchniowa) oraz badania strukturalne (SEM).