Применения TUBALL™

Углеродные трубки обладают уникальными характеристиками, такими как:
В 100 раз Прочнее стали
1000°С Температурная стабильность
1 миллион раз Отношение длины к диаметру трубки
В 5 раз легче меди Один из лучших в мире проводников
2 баскетбольных площадки Площадь поверхности 1 грамма трубок

Благодаря своим характеристикам графеновые нанотрубки являются первым поистине универсальным аддитивом, который может использоваться для улучшения свойств материалов в различных отраслях промышленности, таких как: Электрохимические источники тока: литий-ионные батареи , Эластомеры: шины и резины , Полимеры и композиты , Прозрачные проводящие пленки .

Полимеры и композиты

Заказать образец TUBALL™ COMP_E

Полимеры и композиты

Композитные материалы, несмотря на высокую стоимость, завоевали свою популярность в отраслях, где механические свойства должны сочетаться с низким весом и возможностью выдерживать высокие нагрузки. Без композитных материалов сегодня не обойтись в авиакосмической отрасли, возобновляемой энергетике, автопроме и строительстве . Например, крылья и фюзеляж нового Boeing 787 Dreamliner более чем на 50 % выполнены из композитных материалов, а каркас и экстерьер BMW I3 состoит из углепластика на 70%. Очень важный фактор, определяющий будущее «зеленой экономики», в широком использовании композиционных материалов - это сокращение выбросов углекислого газа, как при их производстве, так и при эксплуатации изделий на их основе.

Полимерные композиты

Полимерные композиты состоят, как правило, из пластичной основы (ее называют матрицей), которая армирована наполнителями с высокой прочностью, жесткостью и т.д. Сочетание разнородных веществ и создает новый материал, результирующие свойства которого отличаются от свойств каждого из его составляющих.

Достижения CNT-индустрии привели к появлению принципиально нового поколения полимерных композитов. Использование в качестве одной из составляющих одностенных углеродных нанотрубок позволило добиться результатов, которые еще вчера казались невероятными.

Увеличение прочности с одновременным снижением веса, появление электропроводности, изменение параметров упругости, термостойкости и других ключевых физико-механических свойств дают порой просто колоссальный экономический эффект. Модификация свойств полимерных композитов за счет уникально высоких физико-механических свойств нанотрубок позволяет в корне изменить представление о строительных конструкционных материалах, о новых поколениях транспортных средств и технологиях в других сферах.

В настоящий момент мировые объемы производства полимеров превосходят производство алюминия, меди и всех цветных металлов вместе взятых. Множество сфер применения полимеров требует усиления различных свойств и служит основой для развития полимерных композитов.

Рынок полимерных нанокомпозитов

Polymer market Rus.jpg

Источник: Transparency Market Research, 2013 г.

Темпы роста рынка нанокомпозитов значительно выше, чем обычных полимеров, объем рынка в 2018 году в 3,5-5 раз превысит показатели 2010 года.

В настоящее время доля нанокомпозитов, получаемых с использованием углеродных нанотрубок, не превышает 10%. Однако, в ближайшие 5 лет потребление углеродных нанотрубок для нанокомпозиционных материалов значительно возрастет в объеме.

К 2020 году рынок углеродных нанотрубок вырастет по сравнению с показателями 2013 года более, чем в 7 раз.

Lux Research Inc.: Kozarsky R. Searching for Profits at the Intersection of Nanotech and Electronics. Подготовлено для IEEE, 28 января 2014

Результаты OCSiAl

При добавке 0,05% TUBALL в углепластик прочность композитной пластины увеличивается на 35%.

TUBALL в эпоксидной смоле. ПЭМ фото. OCSiAl, 2014г.

Добавление 0,08% TUBALL® в полиэфирную смолу делает SMC композит электропроводным и пригодным для электростатического окрашивания.

При добавке 0,05 % TUBALL в полипропилен на 50% повышается модуль упругости и на 15% увеличивается «температура деформации» композита.

Thermres Propylene.jpg

Использование TUBALL в качестве аддитива позволяет на 30-50% повысить прочность, термостойкость, ударопрочность. Введение TUBALL в полимеры придает им электропроводящие свойства.

Для получения сравнимой электропроводности с помощью многостенных углеродных нанотрубок требуется на порядки большая их концентрация, что может приводить к значительному усложнению производственного процесса или невозможности производства продуктов с MWCNT в связи с увеличением вязкости препрега и связанными дополнительными затратами.

Polymer graph 2 Rus.jpg

Углепластик "powered by TUBALL" совместно с компанией Zyvex Technologies

Работы по модификации углепластика с помощью TUBALL ведутся в OCSiAl в партнерстве с компанией Zyvex Technologies Inc. Цель работ – повышение прочности материала путем добавления наномодификатора.

1409995120_Bez_zagolovka.png

Производство модифицированных пластин углепластика в Zyvex Tech

Добавление в углепластик 0.05 wt% графеновых нанотрубок TUBALL увеличивает:

·модуль упругости на растяжение на 32%;

·прочность на изгиб на 35%;

·модуль упругости на изгиб на 6%;

·прочность на сжатие на 20%.

Углепластик с TUBALL в сравнении со стандартным углепластиком

Смола

Модуль упругости на растяжение

Прочность на изгиб

Модуль упругости на изгиб

Прочность на сжатие

Углепластик, содержащий 0.05 wt%TUBALL

70,881 ГПа

904 МПа

53,494 ГПа

662 МПа

Стандартный углепластик

53,779 ГПа

669 МПа

50,331 ГПа

552 МПа

% улучшения

31,8%

35,1%

6,3%

19,9%

Состав углепластика: 2x2 Twill, 3K Warp, волокно TR30, 198 г/м2 - углеродная ткань; Эпоксидная смола Epon™ 828 (38%). Отверждающая добавка Ethacure® 100LC. Испытания проведены в соответствии со стандартами ASTM.

Прорывное улучшение характеристик углепластика достигается без изменения условий его производства.

Как показывает дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC), введение TUBALL в эпоксидную смолу, использующуюся при производстве углепластика, не меняет кинетику ее отверждения.

DSC стандартной эпоксидной смолы Epon 828 и Epon 828, содержащей 0.05 wt% TUBALL, показывает идентичную кинетику отверждения при использовании отверждающего агента Ethacure 100LC.

Температура начала реакции (140 °C) и пиковая температура отверждения (190 °C) идентичны для обоих образцов.

Данные DSC подтверждают, что внедрение TUBALL в производство углепластика происходит без изменения существующего процесса его производства

В совокупности с простотой диспергации TUBALL в эпоксидных смолах это дает возможность применения универсального наномодификатора TUBALL для широчайшего круга промышленных приложений.

Увеличение прочности углепластика более чем на 30% при добавлении в него 0.05 wt% TUBALL означает, что композиты из модифицированного TUBALL углепластика будут на 30% легче стандартных углепластиковых композитов, обладающих той же механической прочностью. А следовательно, существенно дешевле – расширяя границы и рынки применения композитов из углепластика на другие индустрии и приложения.

Введение TUBALL в препрег для углепластика при его производстве, экономит $ 10 – 16 с каждого килограмма выпускаемого углепластика. Улучшение механических свойств позволяет использовать меньше дорогостоящего материала.


Все вопросы по применению TUBALL в полимерных композитах вы можете задать вице-президенту OCSiAl Александру Зимнякову zimnyakov@ocsial.com

Вице-президент OCSiAl Захар Большаков bolshakov.za@ocsial.com поможет разобраться в вопросах применения TUBALL в термопластах.

Узнай, как мы изменим мир
Карбоновый век