Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2026
Идентификатор DOI: 10.63430/TIA202603008
Ключевые слова: polymer solution, polyacrylamide, rheology, viscoelasticity, carbon nanotubes, elastic modulus, viscosity modulus, полимерный раствор, полиакриламид, реология, вязкоупругость, углеродные нанотрубки, модуль упругости, модуль вязкости
Аннотация: В работе представлены результаты комплексного изучения реологических и вязкоупругих свойств водных растворов полиакриламида (ПАА), модифицированных одностенными (ОУНТ) и многостенными (МУНТ) углеродными нанотрубками. Исследование проведено на модульном реометре при температуре 25 °C. Установлено, что все изученные композиции на основе 0.05 масс. % ПАА имеют псевдопластичное поведение и характеризуются преобладанием упругих свойств над вязкими в линейной области деформаций сдвига. Показано, что добавление углеродных нанотрубок (УНТ) приводит к значительному изменению реологических характеристик. С ростом концентрации нанотрубок наблюдается увеличение эффективной вязкости, параметра консистенции и снижение индекса течения. Вязкоупругие модули (<i>G</i>′ и <i>G</i>′′ также возрастают, демонстрируя практически линейную зависимость от содержания УНТ. Выявлено фундаментальное различие в эффективности двух типов нанотрубок. ОУНТ проявляют значительно более сильное модифицирующее влияние по сравнению с МУНТ. При одинаковой концентрации, составляющей 0.1 масс. %, значение параметра консистенции раствора с ОУНТ в 2.2 раза выше, а модуль упругости <i>G</i>, в 3.15 раза превышает значения для водного раствора ПАА с МУНТ. Причиной этого является исключительно высокое аспектное соотношение ОУНТ, обеспечивающее формирование прочной перколирующей сети при более низких пороговых концентрациях. Результаты работы свидетельствуют о возможности эффективного управления реологическими и вязкоупругими свойствами водных растворов ПАА путем добавления углеродных нанотрубок, причем степень модификации определяется типом и концентрацией нанотрубок. This paper presents the results of a comprehensive study of the rheological and viscoelastic properties of aqueous polyacrylamide (PAA) solutions modified with single-walled (SWCNTs) and multi-walled (MWCNTs) carbon nanotubes. The study was conducted on a modular rheometer at 25°C. It was found that all studied compositions based on 0.05 wt.% PAA exhibit pseudoplastic behavior and are characterized by a predominance of elastic properties over viscous ones in the linear shear strain range. The addition of CNTs has been shown to significantly alter rheological properties. With increasing nanotube concentration, an increase in effective viscosity and consistency parameters is observed, along with a decrease in the flow index. The viscoelastic moduli (<i>G</i>′ and <i>G</i>′′) also increase, demonstrating a nearly linear dependence on the CNT content. A fundamental difference in the effectiveness of the two types of nanotubes was revealed. SWCNTs exhibit a significantly stronger modifying effect compared to MWCNTs. Thus, at the same concentration of 0.1 wt.%, the consistency parameter of the solution with SWCNTs is 2.2 times higher, and the elastic modulus <i>G</i>, is 3.15 times higher than the values for the polymer solution with MWCNTs. This is due to the exceptionally high aspect ratio of SWCNTs, which ensures the formation of a strong percolating network at lower threshold concentrations. The results of the study demonstrate the high potential of carbon nanotubes for controlling the rheology of polymer solutions.
Журнал: Теплофизика и аэромеханика
Выпуск журнала: Т.33, №3
Номера страниц: 507-519
ISSN журнала: 08698635
Место издания: Новосибирск
Издатель: Сибирское отделение РАН, Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН