Взаимосвязь эффективности и степени агрегации нанонаполнителя в полимерных нанокомпозитах

Аннотация

      Правило смесей было первой теоретической моделью, использованной для описания модуля упругости многофазных систем, включая полимерные нанокомпозиты. Однако применение в таком подходе номинальных значений характеристик компонент таких систем приводит к завышенным величинам их модуля упругости. Поэтому в настоящее время для этой цели используются различные модифицированные варианты правила смесей, существенно затрудняющие его применение и не указывающие физические факторы, приводящие к завышенным теоретическим
результатам.
         В настоящей работе предложено модифицированное правило смесей, которое учитывает снижение эффективного (реального) модуля упругости нанонаполнителя в полимерной матрице нанокомпозита по сравнению с номинальным только из-за агрегации нанонаполнителя. Как известно, этот процесс агрегации является основным отрицательным фактором, снижающим конечные свойства наноматериалов, тогда как другие факторы (например, уровень межфазной адгезии, ориентация нанонаполнителя и т. п.) зависят от степени агрегации. Физическим смыслом
процесса агрегации является снижение относительной доли межфазных областей нанонаполнитель-полимерная матрица, т. е. эффективность нанонаполнителя как армирующего элемента нанокомпозита определяется его способностью генерировать высокомодульные межфазные области.
          Модифицированное таким образом правило смесей корректно описывает зависимость модуля упругости нанокомпозита от содержания нанонаполнителя безотносительно к типу последнего (углеродные нанотрубки, графен и т. п.). В силу этого обстоятельства показатель эффективности нанонаполнителя может служить как комплексная характеристика качества нанокомпозита.