Enhancement of mechanical, electrical and chemical properties of polycarbonate-based core-shell composites by modification with single-walled carbon nanotubes

Abstract

The paper describes mechanical, electrical and chemical properties of modified polycarbonate obtained by hot compression moulding of core-shell composites consisting of a polymer core covered with a shell containing single-walled carbon nanotubes (SWCNTs). Such an approach in material design based on an ultralow modification with nanomaterials allows obtaining a segregated 3D network of SWCNTs, which can provide a functionalisation of material and a significant enhancement of mechanical, chemical and electrical properties. It was observed that impact strength of polycarbonate modified with SWCNTs was increased almost by 2.5 times even at ultra-low SWCNTs concentration of 0.0024 wt.% and reached more than 5 times increase at 0.01 wt.% of SWCNTs. Chemical resistance of the sample with 0.01 wt.% of SWCNTs was improved by 2.4 times when exposed to ammonia. At the same time, for other selected solvents any positive or negative effect of SWCTNs was not demonstrated, as well as the hardness of modified polycarbonate was not affected by SWCNTs. Electrical percolation threshold was defined at ultra-low level of 0.0010-0.0012 wt.% of SWCNTs. У статті описуються механічні, електричні та хімічні властивості модифікованого полікарбонату, отриманого методом гарячого пресування під тиском композитів з серцевини і оболонки, що складаються з полімерного ядра, покритого оболонкою, що містить одностінні вуглецеві нанотрубки (SWCNT). Такий підхід до проектування матеріалів, заснований на наднизькій модифікації наноматеріалів, дозволяє отримати відокремлену тривимірну мережу SWCNT, яка може забезпечити функціоналізацію матеріалу та суттєве підвищення механічних, хімічних та електричних властивостей. Було відзначено, що ударна в'язкість полікарбонату, модифікованого SWCNT, була збільшена майже в 2,5 рази навіть при наднизькій концентрації SWCNT 0,0024 мас.% і досягла більш ніж у 5 разів збільшення при 0,01 мас.% SWCNT. Хімічна стійкість зразка з 0,01 мас.% SWCNT покращилась у 2,4 рази під впливом аміаку. У той же час для інших вибраних розчинників не було продемонстровано будь-якого позитивного чи негативного ефекту SWCTN, а також твердість модифікованого полікарбонату SWCNT на це не впливала. Поріг електричної перколяції визначали на наднизькому рівні 0,0010-0,0012 мас.% SWCNT.