Аналіз теплофізичних властивостей полімерних нанокомпозитів на основі поліпропілену

Polymer nanocomposites (PNC) as a new class of materials is the object of intensive research during the last decade. The growth of interest in the study of these systems is explained by their better mechanical durability and higher thermal stability in comparison with the unfilled polymers. The improvement of the characteristics of the polymer takes place already at the insertion of a small amount of filler (~ 1 – 5 %) in it. The main advantages of these materials are light weight, corrosion resistance, ease of treatment, cheap filler etc. Nowadays, the majority of the heat power complex products are manufactured on the basis of polymer composite materials (PCM) which contain microparticles. The use of the nanofillers allows developing a PCM with the same set of functional characteristics that the PCM with micro particles has, but at the lower filler content. Polymer nanocomposites (PNC) are not only of practical interest, but also of a fundamental one, as nanofillers have a greater specific surface area which polymer chains interact. Therefore, the main studies in this direction have recently been focused on the improvement of synthesis methods and characterization of physical properties of polymer nanocomposites. Carbon nanotubes (CNT) are of considerable interest for many technologies. CNT have high elasticity, strength and stringiness, so that they can be used in a wide variety of nanocomposites, including the polymer ones. One of the most important factors of the effective improvement of the polymer properties is the insertion of carbon nanotubes which have large specific surface area, that promotes better adhesion with the polymer matrix, in comparison with conventional polymer composites. Polymer nanocomposites filled with carbon nanotubes can be easily made due to the small diameter of the filler. The use of carbon nanotubes as a filler provides wide possibilities for the development of new multifunctional materials with a wide range of applications in industry. Currently, there is no systematic information on the impact of carbon nanotubes on the processes of structure formation of polymer composites and thermal properties of polymer nanocomposites obtained on their basis. Considering the above mentioned, the study of the impact of carbon nanotubes on the structure and thermal properties of the composites on their basis is urgent.Представлены результаты экспериментальных и расчетных исследований кинетики неизо-термической кристаллизации изотактического полипропилена (ПП-0) и нанокомпозитов, которые содержат 0,5 (ПП- 0,5); 1 (ПП-1); 2 (ПП-2); 5 (ПП-5); 10 (ПП-10); 20 (ПП-20) мас. % углеродных нанотрубок. Выполнен анализ термодинамических параметров в зависимости от процентного содержания углеродных нанотрубок. Изучены особенности влияния структуры полимерных нанокомпозитов на их теплофизические свойства.Представлено результати експериментальних і розрахункових досліджень кінетики неізотермічної кристалізації ізотактичного поліпропілену (ПП-0) і нанокомпозитів, які містять 0,5 (ПП-0,5); 1 (ПП-1); 2 (ПП-2); 5 (ПП-5); 10 (ПП-10); 20 (ПП-20) мас. % вуглецевих нанотрубок. Виконано аналіз термодинамічних параметрів залежно від процентного вмісту вуглецевих нанотрубок. Вивчено особливості впливу структури полімерних нанокомпозитів на їх теплофізичні властивості

Встановлення впливу типу мікро- та нанонаповнювачів на теплофізичні властивості високотеплопровідних полімерних композитів на основі поліаміду 6

The object of this study is the thermophysical properties of polymer micro- and nanocomposites, as well as the dependence of their heat conductivity with structural characteristics when using different types of fillers. A set of experimental studies of heat conductivity and specific heat capacity of polymer micro- and nanocomposite materials for polyamide 6 and carbon nanotubes, copper and aluminum as matrix and fillers was carried out. When obtaining composites, a method was used that is based on the mixing of components in the polymer melt. The content of fillers varied from 0.3 to 10 %, and the temperature of composite materials – from 305 to 500 K. Experimental dependences of heat conductivity coefficients of the studied composites on the content of the filler were derived. It was established that according to the value of these coefficients in order of their reduction, these composite materials are ranked as follows: composites with fillers with carbon nanotubes, copper, and aluminum. It was found that only one percolation threshold is observed, when using a polyamide 6 matrix. The regularities of changes in the specific heat capacity of the composites under consideration on their temperature when varying within the above limits of the filler content were investigated. The analysis of the influence of the content of fillers on the degree of crystallinity of the polymer matrix of the investigated composite materials was carried out. It is shown that with an increase in the content of fillers, the degree of crystallinity decreases. The relationship between the thermally conductive properties of the composites under consideration and the specified degree of crystallinity has been established. Higher values of heat conductivity of composites correspond to lower values of the degree of crystallinity. The reported results can be widely used in the development of highly heat conductive composites for various engineering applications.Об'єктом дослідження є теплофізичні властивості полімерних мікро- та нанокомпозитів, а також взаємозв'язок їх теплопровідності зі структурними характеристиками при використанні різних типів наповнювачів. Виконано комплекс експериментальних досліджень теплопровідності і питомої теплоємності полімерних мікро- і нанокомпозиційних матеріалів для поліаміда 6 та вуглецевих нанотрубок, міді і алюмінію в якості матриці і наповнювачів. При отриманні композитів застосовувався метод, який базується на змішуванні компонентів у розплаві полімеру Вміст наповнювачів змінювався від 0,3 до 10 %, температура композиційних матеріалів – від 305 до 500 K. Одержано експериментальні залежності коефіцієнтів теплопровідності досліджуваних композитів від вмісту наповнювача. Встановлено, що за значенням цих коефіцієнтів у порядку їх зменшення вказані композиційні матеріали ранжуються таким чином: композити з наповнювачами з вуглецевими нанотрубками, міддю та алюмінієм. Виявлено, що при застосуванні матриці з поліаміду 6 спостерігається тільки один поріг перколяції. Досліджено закономірності зміни питомої теплоємності композитів, що розглядаються, від їх температури при варіюванні в вищевказаних межах вмісту наповнювачів. Виконано аналіз впливу вмісту наповнювачів на ступінь кристалічності полімерної матриці досліджуваних композиційних матеріалів. Показано, що зі збільшенням вмісту наповнювачів ступінь кристалічності зменшується. Встановлено залежність між теплопровідними властивостями композитів, що розглядаються, і вказаним ступенем кристалічності. Більшим значенням теплопровідності композитів відповідають нижчі величини ступеня кристалічності. Отримані результати можуть широко використовуватися при розробці композитів високотеплопровідних для різних інженерних додаткі

Вплив на теплофізичні властивості нанокомпозитів тривалості змішування компонентів у розплаві полімеру

A set of experimental studies has been carried out to establish the effect of the mixing time of components of nanocomposite materials on their thermal conductivity, specific heat, and density. The physical properties of polypropylene-carbon nanotube composites were to be studied. During the experiments, the duration of mixing of the components in the melt of the polymer varied from 5 to 52 minutes, the mass fraction of the filler ‒ in the range of 0.3...10 %, and nanocomposite temperature – from 290 K to 475 K. It was found that an increase in the mixing time of components of nanocomposite materials could lead to a significant (more than 70 times) increase in their thermal conductivity. It is also shown that the influence of the specified time is limited to its value equal to 27 minutes, above which the change in the thermal conductivity of nanocomposites can be neglected. It was found that the sensitivity of the thermal conductivity of nanocomposites to the time of mixing of their components decreases with a decrease in the mass fraction of the filler. Temperature dependences of the specific heat capacity of the studied composites were obtained by varying the mixing time of their components and the mass fraction of the filler. It was found that with an increase in the specified time, there is a decrease in the heat capacity of nanocomposites, which is significantly manifested only in the region of temperatures close to the melting point of the composite matrix. It is shown that the dependence of the density of nanocomposites on the mixing time of their components in qualitative terms is similar to the corresponding dependence for their thermal conductivity. The obtained data can be used to choose the mixing time of components of nanocomposite materials in the development of appropriate technology for their productionВиконано комплекс експериментальних досліджень щодо встановлення впливу часу змішування компонентів нанокомпозиційних матеріалів на їхню теплопровідність, питому теплоємність та густину. Дослідженню підлягали фізичні властивості композитів «поліпропілен-вуглецеві нанотрубки». При проведенні експериментів тривалість змішування компонентів у розплаві полімеру змінювалася від 5 до 52 хв, масова частка наповнювача – у діапазоні 0,3…10 % і температура нанокомпозитів – від 290 К до 475 К. Встановлено, що збільшення часу змішування компонентів нанокомпозиційних матеріалів може призводити до суттєвого (більш ніж 70 разів) підвищення їх теплопровідності. Показано також, що вплив зазначеного часу обмежується його значенням 27 хв, при перевищенні якого зміною теплопровідності нанокомпозитів можна знехтувати. Встановлено, що чутливість теплопровідності нанокомпозитів до часу змішування їх компонентів знижується зі зменшенням масової частки наповнювача. Отримано температурні залежності питомої теплоємності досліджуваних композитів при варіюванні часу змішування їх компонентів та масової частки наповнювача. Встановлено, що при підвищенні зазначеного часу має місце зменшення теплоємності нанокомпозитів, яка суттєво проявляється лише в області температур, близьких до температури плавлення композиційної матриці. Показано, що залежність густини нанокомпозитів від часу змішування їх компонентів у якісному відношенні є подібною до відповідної залежності для їх теплопровідності. Отримані дані можуть використовуватися для вибору часу змішування нанокомпозиційних компонентів матеріалів при розробці відповідної технології їх отриманн

Аналiз теплофiзичних властивостей полiмерних нанокомпозитiв на основi полiпропiлену

Аналiз теплофiзичних властивостей полiмерних нанокомпозитiв на основi полiпропiлену = Analysis of thermophysical properties of polymer nanocomposites based on polypropylene / Р. В. Дiнжос, Н. М. Фiалко, М. А. Рехтета, В. М. Махровський // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : НУК, 2015. – № 2 (458). – С. 38–44.Представлено результати експериментальних i розрахункових дослiджень кiнетики неiзотермiчної кристалiзацiї iзотактичного полiпропiлену (ПП-0) i нанокомпозитiв, якi мiстять 0,5 (ПП-0,5); 1 (ПП-1); 2 (ПП-2); 5 (ПП-5); 10 (ПП-10); 20 (ПП-20) мас. % вуглецевих нанотрубок. Виконано аналiз термодинамiчних параметрiв залежно вiд процентного вмiсту вуглецевих нанотрубок. Вивчено особливостi впливу структури полiмерних нанокомпозитiв на їх теплофiзичнi властивостi.Polymer nanocomposites (PNC) as a new class of materials is the object of intensive research during the last decade. The growth of interest in the study of these systems is explained by their better mechanical durability and higher thermal stability in comparison with the unfilled polymers. The improvement of the characteristics of the polymer takes place already at the insertion of a small amount of filler (~ 1 – 5 %) in it. The main advantages of these materials are light weight, corrosion resistance, ease of treatment, cheap filler etc. Nowadays, the majority of the heat power complex products are manufactured on the basis of polymer composite materials (PCМ) which contain microparticles. The use of the nanofillers allows developing a PCМ with the same set of functional characteristics that the PCМ with micro particles has, but at the lower filler content. Polymer nanocomposites (PNC) are not only of practical interest, but also of a fundamental one, as nanofillers have a greater specific surface area which polymer chains interact. Therefore, the main studies in this direction have recently been focused on the improvement of synthesis methods and characterization of physical properties of polymer nanocomposites. Carbon nanotubes (CNT) are of considerable interest for many technologies. CNT have high elasticity, strength and stringiness, so that they can be used in a wide variety of nanocomposites, including the polymer ones. One of the most important factors of the effective improvement of the polymer properties is the insertion of carbon nanotubes which have large specific surface area, that promotes better adhesion with the polymer matrix, in comparison with conventional polymer composites. Polymer nanocomposites filled with carbon nanotubes can be easily made due to the small diameter of the filler. The use of carbon nanotubes as a filler provides wide possibilities for the development of new multifunctional materials with a wide range of applications in industry. Currently, there is no systematic information on the impact of carbon nanotubes on the processes of structure formation of polymer composites and thermal properties of polymer nanocomposites obtained on their basis. Considering the above mentioned, the study of the impact of carbon nanotubes on the structure and thermal properties of the composites on their basis is urgent.Представлены результаты экспериментальных и расчетных исследований кинетики неизотермической кристаллизации изотактического полипропилена (ПП-0) и нанокомпозитов, которые содержат 0,5 (ПП- 0,5); 1 (ПП-1); 2 (ПП-2); 5 (ПП-5); 10 (ПП-10); 20 (ПП-20) мас. % углеродных нанотрубок. Выполнен анализ термодинамических параметров в зависимости от процентного содержания углеродных нанотрубок. Изучены особенности влияния структуры полимерных нанокомпозитов на их теплофизические свойства