Mікроструктура та властивості полімерних композитних матеріалів на основі поліетилену та терморозширеного графіту для систем транспортування
DOI:
https://doi.org/10.31471/2311-1399-2021-1(15)-26-32Ключові слова:
перколяція, поліетилен високої густини, полімерний композитний матеріал, терморозширнеий графіт.Анотація
Методами оптичної мікроскопії, диференціально сканувальної калориметрії та механічного аналізу
вивчено вплив терморозширеного графіту (ТРГ) на мікроструктуру та функціональні властивості
полімерних композитів на основі поліетилену високої густини (ПЕВГ). Доведено ефективність методу
змішування полімерних композитів за допомогою поршневого екструдера , який забезпечує рівномірн іший
розподіл наповнювача у полімерній матриці. Показано, що введення ТРГ приводить до зниження ступеня
кристалічності та температури плавлення систем на основі поліетилену високої густини, що є наслідком
руйнування або зростання дефектності кристалічної структури полімерної матриці під впливом ТРГ. При
введенні 1 % ТРГ температура плавлення знизилася з 415 0 до 408 5 К. При введенні 3 % ТРГ
теплопровідність зросла з 0 18 Вт/(м·К) (для ПЕВГ) до 0.76 Вт/(м·К). Екстремальна зміна те плопровідності
полімерних композитів є наслідком утворення ТРГ у полімерній матриці перколяційного кластеру, тобто
сітки із наповнювача, яка пронизує весь об’єм матеріалу. У результаті проведених досліджень провідності
було визначено поріг перколяції тепло провідності для даних систем ПЕВГ ТРГ, який становить 0 6 %.
М ікроскопічні дослідження підтвердили утворення перколяційного кластеру, отриманого за результатами
теплопровідності. Показано, що при вмісті 0 6 % ТРГ, утворюється неперервний кластер. Утвореннч я цього
кластеру підтверджується і механічними дослідженнями. Зафіксовано зростання механічної міцності, яка
при 5 % вмісті наповнювача збільшується з 30 5 МПа (для ПЕВГ) до 42.8 МПа, що є перспективним для застосуванні даних матеріалів у системах транспортування.
Завантаження
Посилання
Hsissou, R et.al. 2021, ‘Polymer composite materials: A comprehensive review’, Composite Structures. vol. 262, Article 113640.
Kumar, VV et.al. 2019, ‘A Review of Recent Advances in Nanoengineered Polymer Composites’, Polymers, 11(4):644.
Gantayat, S et.al. 2015, ‘Expanded graphite as a filler for epoxy matrix composites to improve their thermal, mechanical and electrical properties’, New Carbon Materials, 30(5): 432–437. doi: 10.1016/S1872-5805(15)60200-1
Tang, YJ, Lin, YX, Jia, YT & Fang, GY 2017, ‘Improved thermal properties of stearyl alcohol/high density polyethylene/expanded graphite composite phase change materials for building thermal energy storage’, Energy and Buildings, 153: 41–49.
Mochane, MJ & Luyt, AS 2015, ‘The effect of expanded graphite on the flammability and thermal conductivity properties of phase change material based on PP/wax blends’, Polymer Bulletin, vol. 72, pp. 2263–2283.
Tavman, I et.al. 2011, ‘Measurement of heat capacity and thermal conductivity of HDPE/expanded graphite nanocomposites by differential scanning calorimetry’, Archives of Materials Science and Engineering, vol. 50, no. 1. pp. 56–60.
Sobolciak, P et.al. 2020, ‘Thermally Conductive Polyethylene/Expanded Graphite Composites as Heat Transfer Surface: Mechanical, Thermo-Physical and Surface Behavior’, Polymers, vol. 12, no. 12, p. 2863.
Sementsov, YuI, Revo, SL & Ivanenko, KO 2016, ‘Thermoexpanded graphite’, the acad. of the NAS of Ukraine M.T. Kartel, Chuiko Institute of Surface Chemistry of NAS of Ukraine; Taras Shevchenko National University of Kyiv, p. 241. [in Ukrainian]
Dinzhos, RV, Fialko, NM Lysenkov, EA 2014, Analysis of the Thermal Condu ctivity of Polymer Nanocomposites Filled with Carbon Nanotubes and Carbon Black J. of Nano Electron. Phys .., vol 6, no 1 , p . 01015.
Bershtein, VA & Egorov, VM 1990, Differential scanning calorimetry in the physicochemistry of polymers, Chemistry, Leningrad, 256 p. [in Russian]
Mirabella FM Bafna A 2002, Determination of the crystallinity of polyethylene/α-olefin copolymers by thermal analysis: Relationship of the heat of fusion of 100 % polyethylene crystal and the density’, Polymer Physics, vol. 40, no. 15. pp. 1637 1643.
Lysenkov EA Klepko, VV 2015, Characteristic Features of the Thermophysical Properties of a System Based on Polyethylene Oxide and Carbon Nanotubes’, Journal of Engineering Physics and Thermophysics vol. 88, pp. 1008–1014.
Xu Y, Ray G Abdel Magid B 2 006, Thermal behavior of single walled carbon nanotube polymer matrix
composites Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 37, no 1, pp. 114 121.
Garkusha, OM etc. 2011, ‘Structural features and properties of polymeric nanocomposites at low concentrations of filler’, Chemistry, physics and surface technology, vol. 1, no. 1, pp. 103–110. [in Ukrainian]
Stauffer D Aharony A 1994, Introduction to percolation theory Taylor and Francis, London 272 р.
Kim B W, Park S H, Kapadia RS Bandaru PR 2013, ‘ Evidence of percolation related power law behavior in
the thermal conductivity of nanotube/polymer composites Applied Physics Letters, 102, 243105; doi: 10.1063/1.4811497. View online: http://dx.doi.org/10.1063/1.4811497
Hadzreel, MRAM & Aisha, ISR 2013, ‘Effect of Reinforcement Alignment on the Properties of Polymer Matrix Composite’, Journal of Mechanical Engineering and Sciences, vol. 4, pp. 548–554.
Wang, Q et. al. 2012, ‘A review on application of carbonaceous materials and carbon matrix composites for heat exchangers and heat sinks’, International Journal of Refrigeration, vol. 38, pp. 7–26.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право
.png)
.png){kind=logo}
