Прессование оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина
Исследованы особенности прессования порошков оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина. Установлено, что полианилин в композиционных материалах, полученных окислительной полимеризацией in situ, выполняет роль пластификатора. Показано влияние предварительной грануляции при прессовании комп...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Современные проблемы физического материаловедения |
|---|---|
| Datum: | 2008 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України
2008
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28634 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Прессование оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина / М.Н. Загорный, А.Г. Жигоцкий, Т.Ф. Лобунец, А.В. Рагуля // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2008. — Вип. 17. — С. 107-110. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859608125929160704 |
|---|---|
| author | Загорный, М.Н. Жигоцкий, А.Г. Лобунец, Т.Ф. Рагуля, А.В. |
| author_facet | Загорный, М.Н. Жигоцкий, А.Г. Лобунец, Т.Ф. Рагуля, А.В. |
| citation_txt | Прессование оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина / М.Н. Загорный, А.Г. Жигоцкий, Т.Ф. Лобунец, А.В. Рагуля // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2008. — Вип. 17. — С. 107-110. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современные проблемы физического материаловедения |
| description | Исследованы особенности прессования порошков оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина. Установлено, что полианилин в композиционных материалах, полученных окислительной полимеризацией in situ, выполняет роль пластификатора. Показано влияние предварительной грануляции при прессовании композиционных порошков на основе полианилина.
|
| first_indexed | 2025-11-28T08:26:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.762
Прессование оксидсодержащих нанокомпозитов
на основе полианилина
М. Н. Загорный, А. Г. Жигоцкий, Т. Ф. Лобунец, А. В. Рагуля
Исследованы особенности прессования порошков оксидсодержащих
нанокомпозитов на основе полианилина. Установлено, что полианилин в
композиционных материалах, полученных окислительной полимеризацией in situ,
выполняет роль пластификатора. Показано влияние предварительной
грануляции при прессовании композиционных порошков на основе полианилина.
Введение
Получение композиционных порошков с максимальной плотностью
является актуальной задачей, так как позволяет улучшить их
электрофизические свойства. Среди разнообразных способов
формирования порошков в последнее время используют холодное и
горячее прессование, в зависимости от химического состава порошков и их
свойств [1]. Для этого применяют универсальные прессы, оснащенные
устройствами для подогрева шихты и прессовой оснастки [2]. Пред-
ложенный в работе [2] метод заключается в уплотнении нагретой смеси
порошка со связкой (воск + стеарат цинка) в закрытой подогретой пресс-
форме, что обеспечивает прессование композиции при температуре
100―150 °С. Повышение температуры нагрева шихты приводит к росту ее
плотности. Однако горячее прессование применяется при изготовлении
преимущественно изделий из порошков металлов. Для повышения
уплотняемости порошков при прессовании добавляют пластификаторы
(связующие). Давление и способ прессования, количество и физико-
химические свойства пластификатора зависят от конкретного исполь-
зуемого порошка. Для прессования оксидной керамики также используют
пластификаторы.
В данной работе показана возможность изготовления спрессованных
материалов из порошков композитов для электротехнической области
применения, полученных на основе полианилина (ПАн), который может
выполнять роль связующего [3].
Экспериментальная часть
В качестве объектов исследования использовали порошки
композиционных материалов на основе ПАн, полученные окислительной
полимеризацией мономера гидрохлорида анилина cогласно методике,
изложенной в работе [4], в присутствии частиц ТiО2-I (SБЭT = 108 м2/г),
ТiО2-II (SБЭT = 15,5 м2/г), BaTiO3 (SБЭT = 19 м2/г). Удельную поверхность
SБЭT исходных и композиционных порошков определяли из расчетов
изотерм адсорбции азота, полученных на приборе АSAP-2000 М, cогласно
теории БЭТ [5]. Удельная поверхность композиционных материалов
составляла 20―100 м2/г в зависимости от концентрации компонентов.
Средний размер частиц исходных компонентов рассчитывали из удель-
ной поверхности: для ТiО2-I он составил 20 нм, для ТiО2-II и BaTiO3 ―
© М. Н. Загорный, А. Г. Жигоцкий, Т. Ф. Лобунец, А. В. Рагуля, 2008
107
соответственно 100 и 50 нм [5]. Нанопорошки ТiО2-I и BaTiO3 были
синтезированы в ИПМ НАН Украины.
Прессование композиционных порошков проводили в закрытой стальной
пресс-форме диаметром 10 мм на гидравлическом прессе марки “ЗИМ” тип
17125, № 4809. Порошки перед прессованием сушили в вакууме в течение 1 ч
при 50 °С. Засыпанные в матрицу порошки предварительно подпрессовывали
под давлением 80 МПа с целью фиксации нижнего пуансона, после
чего прессовали под давлением 240, 400, 560 и 800 МПа.
Диэлектрическую проницаемость ε и проводимость σ определяли на
мосте переменного тока Р5058 на частоте 10 кГц при 20 °С двухточечным
методом.
Результаты и их обсуждение
После прессования исходного ПАн под давлением 240 МПа плотность
его составила 1,32 г/см3. При дальнейшем прессовании плотность полимера
не изменялась. То есть полимер в композитах может играть роль связующе-
го. Результаты прессования композитов с содержанием 75 и 50% (мас.)
ТiО2-I представлены на рис. 1. Видно, что при концентрации 50% (мас.) ТiО2-I
пористость композиционного материала с увеличением давления
уменьшается (кривая 2). Для системы с 75% (мас.) ТiО2-I пористость при
давлениях выше 400 МПа практически не изменяется (кривая 1). В табл. 1
приведены значения плотностей композиционных материалов ПАн +
+ ТiО2-I, cпрессованных при давлении 240 МПа, а также их
проводимости. Из табл. 1 следует, что с уменьшением концентрации
(<50% (мас.)) ПАн в композиционных материалах ПАн + ТiО2-I прессуе-
мость ухудшается, а максимальная проводимость достигается для
композита с 75% (мас.) ПАн при давлении пресcования 240 МПа.
Влияние размера частиц ТiО2 на прессование композиционных материа-
лов на основе ПАн оценивали на композиционном материале с
содержанием 75% (мас.) ТiО2-II, спрессованном при давлениях 240, 400, 560
и 800 МПа. Из результатов, представленных на рис. 2, видно, что
увеличение размера частиц ТiО2 в композите до 100 нм приводит к
возрастанию плотности. При этом максимальная плотность спрессованного
композиционного материала с ТiО2-II (кривая 2) достигается при давлении
560 МПа. При повышении давления свыше 560 МПа плотность практичес-
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
20
22
24
26
28
30
32
34
36
2
1
Ï
îð
èñ
òî
ñò
ü,
%
p,Ì Ï à
ки не изменяется. То
есть с увеличением раз-
мера частиц ТіО2 в
композиционном мате-
риале максимальная
плотность достигается
при более низком дав-
лении прессования.
Рис. 1. Зависимость по-
ристости композитов
ПАн + 75% (мас.) ТiО2-I
(1) и ПАн + 50% (мас.)
ТiО2-I (2) от давления
прессования.
П
ор
ис
то
ст
ь,
%
Р МПа ,
108
Т а б л и ц а 1. Плотность и проводимость композиционных
материалов ПАн + ТiО2-I в зависимости от содержания ПАн
Номер
образца
Состав композита,
% (мас.)
ρ , г/см3 σ, Ом-1·см-1
1
2
3
75ТiО2-I + 25ПАн
50ТiО2-I + 50ПАн
25ТiО2-I + 75ПАн
1,78
2,06
1,55
0,83
3,3
10,3
Рис. 2. Зависимость
пористости композитов
ПАн + ТiО2 от давления
прессования. Содержание
ТiО2 ― 75% (мас.): 1 ―
ТiО2-I; 2 ― ТiО2-II.
С целью улучшения
прессуемости компози-
ционных материалов с
ТiО2-I была предпринята
попытка предваритель-
ной грануляции перед
прессованием (согласно
методике прессования
А. И. Быкова). Порош-
ки, высушенные в течение часа в вакууме, с содержанием 75 и 50% (мас.)
ТiО2-I (образцы 1 и 2) и композит с концентрацией 75% (мас.) ТiО2-II
(образец 3) прессовали при 240 МПа. Полученные прессовки растирали в
течение часа в агатовой ступке, просеивали и прессовали при 800 МПа.
Результаты представлены в табл. 2. Из таблицы следует, что
максимальный эффект предварительного гранулирования наблюдается для
образца 2 с содержанием 50% (мас.) ПАн (ТiО2-I), при этом достигается
пористость 5%. При одинаковом содержании ПАн, но при разной
дисперсности диоксида титана предварительная грануляция оказывает
большее влияние на прессуемость образца 3 (75% ТiО2-II + 25% ПАн), в
состав которого входит менее дисперсный компонент.
С целью изучения зависимости диэлектрической проницаемости от
пористости (плотности) спрессованных нанокомпозиционных материалов
Т а б л и ц а 2. Пористость спрессованных композиционных
материалов ПАн + ТiО2 в зависимости от содержания ПАн и
дисперсности ТiО2 без и с применением гранулирования
Пористость, % Номер
образца
Состав композита,
% (мас.) без гранулиро-
вания
с гранулиро-
ванием
1
2
3
25ПАн + 75ТiО2-I
50ПАн + 50ТiО2-I
25ПАн + 75ТiО2-II
28
20
13
21
5
10
П
ор
ис
то
ст
ь,
%
Р, МПа
109
Т а б л и ц а 3. Плотность
спрессованных компози-
ционных материалов ПАн +
+ 75% (мас.) ВаTiO3 в зави-
симости от давления прес-
сования
Номер
образца
Р, МПа ρ, г/cм3
1
2
3
4
5
80
240
400
560
800
2,25
2,6
2,75
2,76
2,81
Риc. 3. Зависимость диэлектрической прони-
цаемости ε композита ПАн + 75% (мас.)
ВаTiO3 от пористости на частоте 10 кГц.
Пористость, %
ПАн―ВаTiO3 исследовали влияние давления прессования (табл. 3, рис. 3).
Зависимость ε спрессованных нанокомпозиционных материалов ПАн +
+ 75% (мас.) ВаTiO3 от их пористости является практически линейной на
частоте 10 кГц (рис. 3).
Таким образом, понижение пористости спрессованных композицион-
ных материалов до ~20% способствует увеличению ε в 2,5―3 раза. То
есть, изменяя давление прессования композиционных материалов,
варьируя их пористость, можно получать композиционные материалы с
заданными электрофизическими свойствами.
Выводы
Показано, что в композиционных материалах на основе ПАн полимерная
cоставляющая одновременно является пластификатором. Прессование
композиционных порошков не требует дополнительного введения
связующего. Максимальная плотность для ПАн достигается при 240 МПа.
С повышением содержания ПАн в композиционных материалах до
75% (мас.) необходимое давление прессования для получения образца одной
и той же пористости понижается. С увеличением размера частиц диоксида
титана в композиционных материалах с содержанием 25% (мас.) ПАн
максимальная плотность достигается при более низком давлении
прессования. Применение предварительной грануляции улучшает прессо-
вание композиционных материалов с равными содержаниями компонентов.
Установлено, что получение композиционного материала 25% (мас.) ПАн +
+ ВаTiO3 позволяет увеличить диэлектрическую константу.
Автор выражает глубокую благодарность д-ру техн. наук
C. M. Cолонину за помощь в обсуждении результатов экспериментов.
1. Маслюк В. А., Миницкий А. В., Яковенко Р. В. Исследование теплового прессования
композиционных порошков на основе железа // Cовременные проблемы физического матери-
аловедения. ― К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. ― 2006. ― Bып. 15. ― С. 29―33 .
2. Hoganas Handbook for Warm Compaction. ― Hoganas, 1998. ― P. 112.
3. Cажин Б. И. Электропроводность полимеров. ― М.―Л.: Химия, 1965. ― 160 c.
4. Загорный М. Н., Лобунец Т. Ф. Формирование оксидсодержащих композитов на основе полианилина //
Современные проблемы физического материаловедения. ― К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН
Украины. ― 2007. ― Bып. 16. ― С. 64―68.
5. Грег С., Синг К. Адсорбция. Удельная Поверхность. Пористость. ― М.: Мир, 1984. ― 310 с.
110
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-28634 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0073 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T08:26:45Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Загорный, М.Н. Жигоцкий, А.Г. Лобунец, Т.Ф. Рагуля, А.В. 2011-11-15T16:32:54Z 2011-11-15T16:32:54Z 2008 Прессование оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина / М.Н. Загорный, А.Г. Жигоцкий, Т.Ф. Лобунец, А.В. Рагуля // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2008. — Вип. 17. — С. 107-110. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. XXXX-0073 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28634 621.762 Исследованы особенности прессования порошков оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина. Установлено, что полианилин в композиционных материалах, полученных окислительной полимеризацией in situ, выполняет роль пластификатора. Показано влияние предварительной грануляции при прессовании композиционных порошков на основе полианилина. ru Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України Современные проблемы физического материаловедения Прессование оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина Article published earlier |
| spellingShingle | Прессование оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина Загорный, М.Н. Жигоцкий, А.Г. Лобунец, Т.Ф. Рагуля, А.В. |
| title | Прессование оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина |
| title_full | Прессование оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина |
| title_fullStr | Прессование оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина |
| title_full_unstemmed | Прессование оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина |
| title_short | Прессование оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина |
| title_sort | прессование оксидсодержащих нанокомпозитов на основе полианилина |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28634 |
| work_keys_str_mv | AT zagornyimn pressovanieoksidsoderžaŝihnanokompozitovnaosnovepolianilina AT žigockiiag pressovanieoksidsoderžaŝihnanokompozitovnaosnovepolianilina AT lobunectf pressovanieoksidsoderžaŝihnanokompozitovnaosnovepolianilina AT ragulâav pressovanieoksidsoderžaŝihnanokompozitovnaosnovepolianilina |