Встановлення закономірностей впливу на питому теплоємність та температуропровідність полімерних нанокомпозитів комплексу визначальних параметрів

This paper reports a series of experimental studies to establish regularities of the integrated effect exerted on the specific heat capacity of polymer nanocomposites by such factors as the temperature regime of their production, the value of the mass fraction of the filler, and the temperature of the composite material. The studies were conducted for nanocomposites based on polypropylene filled with carbon nanotubes. When obtaining composites, the method of mixing the components in the melt of the polymer was used. During the studies, the temperature of nanocomposites varied from 295 to 455 K, the mass fraction of the filler ‒ from 0.3 to 10 %. The basic parameter of the technological mode for obtaining composite materials, the value of overheating the polymer melt relative to its melting point, varied in the range of 10...75 K. It is shown that the temperature dependence of the specific heat capacity of the considered composites is sensitive to changes in the overheating of the polymer melt only in the region maximum values of the specific heat capacity. Concentration dependences of the specific heat capacity of the considered nanocomposites at different values of their temperature and the level of overheating of the polymer melt have been built. The studies have been carried out to identify the effects of the influence of the above parameters on the coefficient of thermal diffusivity of nanocomposites. It has been established, in particular, that an increase in the level of overheating the polymer could lead to a very significant increase in the coefficient of thermal diffusivity, which is all the more significant the higher the proportion of filler and the lower the temperature of the composite material. It is shown that the level of overheating the polymer melt relative to its melting point is a parameter that can be used as the basis for the creation of polymer composite materials with specified thermophysical properties.Выполнен цикл экспериментальных исследований по установлению закономерностей комплексного влияния на удельную теплоемкость полимерных нанокомпозитов таких факторов, как температурный режим их получения, величина массовой доли наполнителя и температура композиционного материала. Исследования проведены для нанокомпозитов на основе полипропилена, наполненного углеродными нанотрубками. При получении композитов использовался метод смешения компонентов в расплаве полимера. В ходе исследований температура нанокомпозитов изменялась от 295 до 455 K, массовая доля наполнителя – от 0,3 до 10 %. Основной параметр технологического режима получения композиционных материалов – величина перегрева расплава полимера относительно температуры его плавления –варьировалась в диапазоне 10…75 K. Показано, что температурная зависимость удельной теплоемкости рассматриваемых композитов является чувствительной к изменению перегрева расплава полимера только в области ее  максимальных значений. Получены концентрационные зависимости удельной теплоемкости рассматриваемых нанокомпозитов при различных значениях их температуры и уровня перегрева расплава полимера. Выполнены исследования по выявлению эффектов влияния указанных выше параметров на коэффициент температуропроводности нанокомпозитов. Установлено, в частности, что увеличение уровня перегрева полимера может приводить к весьма значительному повышению коэффициента температуропроводности, которое оказывается тем более существенным, чем выше доля наполнителя и ниже температура композиционного материала. Показано, что уровень перегрева расплава полимера относительно температуры его плавления является параметром, который может быть положен в основу создания полимерных композиционных материалов с заданными теплофизическими свойствамиВиконано цикл експериментальних досліджень щодо встановлення закономірностей комплексного впливу на питому теплоємність полімерних нанокомпозитів таких факторів, як температурний режим їх отримання, величина масової частки наповнювача і температура композиційного матеріалу. Дослідження проведено для нанокомпозитів на основі поліпропілену, наповненого вуглецевими нанотрубками. При отриманні композитів використовувався метод змішування компонентів у розплаві полімеру. В ході досліджень температура нанокомпозитів змінювалася від 295 до 455 K, масова частка наповнювача – від 0,3 до 10 %. Основний параметр технологічного режиму одержання композиційних матеріалів – величина перегріву розплаву полімеру відносно температури його плавлення – варіювалася в діапазоні 10...75 K. Показано, що температурна залежність питомої теплоємності розглянутих композитів є чутливою до зміни перегріву розплаву полімеру тільки в області її максимальних значень. Отримано концентраційні залежності питомої теплоємності розглянутих нанокомпозитів при різних значеннях їх температури і рівня перегріву розплаву полімеру. Виконано дослідження щодо виявлення ефектів впливу зазначених вище параметрів на коефіцієнт температуропровідності нанокомпозитів. Встановлено, зокрема, що збільшення рівня перегріву полімеру може призводити до значного підвищення коефіцієнта температуропровідності, яке є тим суттєвішим, чим вище частка наповнювача і нижче температура композиційного матеріалу. Показано, що рівень перегріву розплаву полімеру відносно температури його плавлення є параметром, який може бути покладений в основу створення полімерних композиційних матеріалів із заданими теплофізичними властивостям

Establishment of Regularities of Influence on the Specific Heat Capacity and Thermal Diffusivity of Polymer Nanocomposites of A Complex of Defining Parameters

This paper reports a series of experimental studies to establish regularities of the integrated effect exerted on the specific heat capacity of polymer nanocomposites by such factors as the temperature regime of their production, the value of the mass fraction of the filler, and the temperature of the composite material. The studies were conducted for nanocomposites based on polypropylene filled with carbon nanotubes. When obtaining composites, the method of mixing the components in the melt of the polymer was used. During the studies, the temperature of nanocomposites varied from 295 to 455 K, the mass fraction of the filler ‒ from 0.3 to 10 %. The basic parameter of the technological mode for obtaining composite materials, the value of overheating the polymer melt relative to its melting point, varied in the range of 10...75 K. It is shown that the temperature dependence of the specific heat capacity of the considered composites is sensitive to changes in the overheating of the polymer melt only in the region maximum values of the specific heat capacity. Concentration dependences of the specific heat capacity of the considered nanocomposites at different values of their temperature and the level of overheating of the polymer melt have been built. The studies have been carried out to identify the effects of the influence of the above parameters on the coefficient of thermal diffusivity of nanocomposites. It has been established, in particular, that an increase in the level of overheating the polymer could lead to a very significant increase in the coefficient of thermal diffusivity, which is all the more significant the higher the proportion of filler and the lower the temperature of the composite material. It is shown that the level of overheating the polymer melt relative to its melting point is a parameter that can be used as the basis for the creation of polymer composite materials with specified thermophysical properties