Nanokompozyty polimerowe to materiały złożone z co najmniej 3 składników: matrycy, wypełniacza i interfazy matryca-wypełniacz, przy czym wymiar przynajmniej jednego z tych składników (wypełniacza) powinien być nie większy niż 100nm. Istotną różnicą pomiędzy tradycyjnym mikrokompozytem a nanokompozytem jest, powiązany z rozmiarem ziarna wypełniacza (rys.1), udział interfazy matryca-wypełniacz (rys.2). W kompozytach wynosi on ułamek procenta, w nanokompozytach nawet kilkadziesiąt procent. Nanokompozyt jest materiałem, w którym zawartość wypełniacza jest niewielka i wynosi kilka procent wagowych, a jego ziarna są równomiernie rozłożone w matrycy i nie tworzą agregatów. Kilkuprocentowy dodatek nanowypełniacza gwarantuje poprawę kluczowych właściwości materiału w odniesieniu do czystej matrycy i tradycyjnych mikrokompozytów (zawierających kilkadziesiąt procent wagowych dodatków mineralnych). Należy zaznaczyć, że zmniejszony udział wypełniacza mineralnego korzystnie wpływa na obniżenie masy wyrobów oraz wzrost jednorodności materiału, przy jednoczesnej poprawie niektórych właściwości mechanicznych. W zależności od budowy geometrycznej i chemicznej, nanowypełniacz oddziałuje na wybrane właściwości osnowy polimerowej. Nanowypełniacze kuliste stanowią wzmocnienie mechaniczne i dielektryczne, a kompozyty zawierające nanowypełniacze warstwowe  odznaczają się wyjątkowymi właściwościami barierowymi: obniżoną przepuszczalnością cieczy i gazów, zmniejszoną palnością, zwiększoną odpornością na promieniowanie UV, większą długotrwałą wytrzymałością elektryczną, większą odpornością na wyładowania niezupełne i drzewienie elektryczne.

                W Instytucie od kilkunastu lat prowadzone są intensywne prace nad nanokompozytami na bazie żywic epoksydowych. Stosowane są zarówno nanowypełniacze kuliste: nanokrzemionka, tlenek tytanu i tlenek glinu oraz warstwowe: glinokrzemiany, których przedstawicielem są bentonit i montmorylonit oraz podwójne wodorotlenki glinowo-magnezowe. Nanowypełniacze te dzięki budowie chemicznej i geometrycznej wpływają korzystnie na kluczowe w zastosowaniach elektrotechnicznych właściwości kompozytów epoksydowych (właściwości dielektryczne, mechaniczne, barierowe).

 Wytworzenie nanokompozytu wymaga specyficznych zabiegów technologicznych przy wykorzystaniu specjalnych urządzeń. Łatwiejsze do otrzymania są nanokompozyty z wypełniaczmi o ziarnie kulistym, znacznie trudniejsze z nanowypełniaczami warstwowymi. Nanowypełniacze sferyczne efektywnie wprowadzić można w masę żywicy epoksydowej za pomocą mieszadeł wysokoobrotowych zaopatrzonych w tarczę Cowlles’a (rys.3-4). W opracowanej w Instytucie technologii wytwarzania nanokompozytów z wypełniaczami warstwowymi, uwzględniono operacje spęczniania i zwilżania ziaren w matrycy jako etapy pomocnicze i poprzedzające właściwe dyspergowanie przy użyciu mieszadła z tarczą Cowlles’a.

 Biorąc pod uwagę nanometrowe rozmiary ziaren wypełniacza, podczas badania struktury  nanokompozytu bądź nanowypełniacza, należy korzystać z obserwacji mikroskopowych SEM, AFM (rys.5), TEM (o rozdzielczości manometrycznej), badań rentgenograficznych (rys.7), czy też pomiarów potencjału elektrokinetycznego (rys.6).

Wyniki badań właściwości fizyko-chemicznych, mechanicznych, cieplnych i dielektrycznych opracowanych w Instytucie nanokompozytów (rys.5-9), potwierdzone badaniami struktury, wskazują na celowość prowadzenia dalszych badań nad tymi matriałami.

Opanowanie technologii wytwarzania polimerowych nanokompozytów przyczyni się do budowy urządzeń elektrotechnicznych nowej generacji: o mniejszej masie i mniejszych wymiarach, większej odporności na starzenie i zwiększonej niezawodności ich działania.

Instytut Elektrotechniki prowadzi od kilkunastu lat prace naukowo-badawcze dotyczące nanokompozytów polimerowych, w tym:

• Projekty badawczo-rozwojowe
• Projekt EIT+
• Projekt INITECH
• Działalność statutową

50-letnie doświadczenie w dziedzinie przetwórstwa i badania kompozytów polimerowych (żywic lanych, laminatów, lakierów, tworzyw termoplastycznych i termoutwardzalnych) pozwala Instutytowi intensywnie uczestniczyć w rozwoju nanotechnologii i wdrożeniu jej do przemysłu elektrotechnicznego. W Instytucie znajdują się urządzenia technologiczne do wytwarzania nanokompozytów z ciekłą matrycą polimerową. Wyposażenie akredytowanego laboratorium stwarza możliwość sprawdzenia opracowanych materiałów i technologii ich wytwarzania pod względem badań struktury i właściwości nanowypełniaczy i nanokompozytów (mikroskopy SEM i AFM, dyfraktometr rentgenowski, zetametr, porozymetr, DSC, itp.). Istnieje możliwość zbadania mechanizmów transportu i akumulacji ładunku w dielektrykach metodą szerokopasmowej spektrometrii dielektrycznej, metodą pomiaru prądu TSD i prądu resorpcji oraz absorpcji.

Instytut Elektrotechniki dzięki wyspecjalizowanej kadrze i odpowiedniemu wyposażeniu może być doskonałym partnerem dla  ośrodków przemysłowych lub badawczo-naukowych w zakresie nanotechnologii, zarówno w opracowywaniu składu, jak i technologii wytwarzania nanomateriałów.

• Legal notice:
  

  Copyright (c) Pielaszek Research, all rights reserved.
  The above materials, including auxiliary resources, are subject to Publisher's copyright and the Author(s) intellectual rights. Without limiting Author(s) rights under respective Copyright Transfer Agreement, no part of the above documents may be reproduced without the express written permission of Pielaszek Research, the Publisher. Express permission from the Author(s) is required to use the above materials for academic purposes, such as lectures or scientific presentations.
  In every case, proper references including Author(s) name(s) and URL of this webpage: https://science24.com/paper/23275 must be provided.

1. Synthesis of Nano-Powder Materials Using Spray-Pyrolysis Method.
2. Varnises for use in electrical insulation modified with nanoparticles