Тема магістерської дисертації:
Тема магістерської дисертації:
Електрофізичні властивості композицій на основі ПЕВТ з графітовими наповнювачами
- Об’єкт дослідження – електропровідні композиційні матеріали системи поліетилен (ЛПЕВТ) – графіт (ГАК-2 та терморозширені графіти).
- Предмет дослідження – електрофізичні властивості поліетиленграфітових матеріалів та методи їх отримання.
- Мета дослідження – дослідити електрофізичні властивості композицій на основі поліетилену з графітовими наповнювачами та розробити методи їх одержання.
Завдання:
- Дослідити властивості природного і терморозширених графітів.
- Обрати методи отримання зразків та визначити оптимальні технологічні режими виготовлення ПКМ для кожного з вибраних методів.
- Одержати зразки даних композицій в широкому концентраційному інтервалі графітових наповнювачів різних видів.
- Оцінити рівень електрофізичних і теплофізичних властивостей полімерних композицій системи ЛПЕВТ-графітовий наповнювач.
- Визначити оптимальний склад композиції.
- Оцінити можливість впровадження матеріалів у виробництво та спрогнозувати їх практичне застосування.
Властивості матриці LLDPE M3802RWP
| Показник | Метод вимірювання | Одиниці вимірювання | LLDPE M3802RWP |
| Густина | ISO 1183 | г/см3 | 0,924 |
| ПТР (230 °С, 2,16 кг) | ISO 1133 | г/10 хв | 7 |
| Модуль пружності при розтягу, (1 мм/хв) | ISO 527-1,-2 | МПа | 315 |
| Межа текучості при розтягу, (50 мм/хв) | ISO 527-1,-2 | МПа | 12 |
| Межа міцності при розтягу | ISO 527-1,-2 | МПа | 8,5 |
| Відносне видовження при розтягу | ISO 527-1,-2 | % | більше 50 |
| Ударна міцність за Ізодом з надрізом | ASTM D 256 | Дж/м | 640 |
| Температура розм’якшення за Віка (50 °С/год, 10 Н) | ISO 306 | °С | 94 |
Фізичні властивості природного і терморозширених графітів
| Параметри | ГАК-2 | ТРГ | ТРГ з УЗ подрібненням |
| Насипна густина, г/см3 | 0,646 | 0,006 | 0,061 |
| Істинна питома маса, г/см3 | 3,251 | 0,550 | 1,243 |
| Загальна пористість, % | 56,70 | 94,35 | 44,26 |
| Питома ефективна поверхня, м2/г по змочуванню водою по змочуванню бензолом | 1,7 1,5 | 43,1 13,7 | 71,2 27,6 |
Лусочки ГАК-2 і частинка ТРГ (×17, оптичний мікроскоп)
Показник текучості розплаву композицій ЛПЕВТ-ТРГ
Залежність показника текучості розплаву композицій ЛПЕВТ-ТРГ від вмісту наповнювача
Умови проведення визначення ПТР
| Параметр | Значення |
| Температура досліду | 190–191 °С |
| Температура повітря | 20 °С |
| Діаметр капіляру | 2,035 мм |
| Довжина капіляру | 8 мм |
| Маса вантажу | 2,16 кг |
| Час прогріву | 4 хв |
Методи отримання зразків
Підготовчий етап для отримання зразків вальцюванням
| Параметр | Значення |
| Час диспергування | 24 години |
| Концентрація наповнювача | 5–35 мас.% (крок 5 мас.%) |
| Об’єм камери | 0,5 л |
| Швидкість обертання валків | 40–45 об/хв |
Технологічний режим пресування композиції
| Параметр | Значення |
| Температура валка №1, °С | 110 |
| Температура валка №2, °С | 130 |
| Маса ПКМ, г | 100 |
| Час змішування, хв | 20 |
| Фрикція | 1,2 |
| Параметр | Значення |
| Температура верхньої плити, °С | 150±1 |
| Температура нижньої плити, °С | 150±4 |
| Тиск пресування, кг/см2 | 153 |
| Час пресування, хв | 6 |
| Параметр | Значення |
| Температура спікання, °С | 190±2 |
| Час спікання, хв | 30 |
| Товщина нанесеного шару, мм | 0,40–1,0 |
Технологічний режим вальцювання композиції
Технологічний режим порошкового формування
Електропровідність композиційних матеріалів системи ЛПЕВТ-графітові наповнювачі
1 – зразки композиції ЛПЕВТ-ГАК-2 отримані пресуванням;
2 – зразки ЛПЕВТ-ТРГ отримані вальцюванням;
3 – зразки ЛПЕВТ-ТРГ отримані пресуванням;
4 – зразки ЛПЕВТ-ТРГ з УЗ подрібненням отримані порошковою технологією.
Залежність логарифму питомого електроопору зразків ПКМ від концентрації графіту
Формування кластерів компонентів у системі ЛПЕВТ-ТРГ з УЗ подрібненням
5 мас.%
10 мас.%
15 мас.%
20 мас.%
25 мас.%
35 мас.%
| Вміст ТРГ з УЗ подрібненням, мас.% | Частота, кГц | ||
| 1 | 5 | 10 | |
| 0 | 4,07·10-4 | 6,7·10-4 | 9,54·10-4 |
| 5 | 2,5·10-4 | 11,24·10-4 | 16,2·10-4 |
| 10 | 2,53·10-3 | 2,78·10-3 | 4,65·10-3 |
| 15 | 2,14·10-2 | 2,29·10-2 | 2,4·10-2 |
| 20 | 2,63·10-2 | 2,90·10-2 | 3,3·10-2 |
| Вміст ТРГ з УЗ подрібненням, мас.% | Частота, кГц | ||
| 1 | 5 | 10 | |
| 0 | 2,221 | 2,221 | 2,220 |
| 5 | 2,724 | 2,722 | 2,719 |
| 10 | 3,558 | 3,539 | 3,536 |
| 15 | 5,486 | 5,360 | 5,252 |
| 20 | 6,276 | 6,126 | 6,025 |
Залежність lg ε і lg tgδ у композиційних матеріалах від вмісту ТРГ з УЗ подрібненням
Вплив частоти змінного струму на діелектричну проникність ЛПЕВТ і ПКМ на його основі
Вплив частоти змінного струму на тангенс кута діелектричних втрат ЛПЕВТ і ПКМ на його основі
| Вміст графіту, мас.% | Товщина зразка, мм | Мінімальний діаметр, мм | Еластичність, % |
| 5 | 0,88 | 2 | 44 |
| 10 | 0,82 | 4 | 20,5 |
| 15 | 0,98 | 5 | 19,6 |
| 20 | 0,75 | 8 | 9,4 |
| 25 | 0,72 | 8 | 9,0 |
| 30 | 0,85 | 12 | 7,1 |
| 35 | 0,79 | 12 | 6,6 |
Кут змочування
Залежність еластичності від вмісту графітового наповнювача
Залежність кута змочування від вмісту ТРГ в поліетиленовій матриці
Тепловиділення з одиниці поверхні композицій ЛПЕВТ-ТРГ з УЗ подрібненням
| Вміст графіту, мас.% | Напруга, В | Сила струму, мА | Опір, Ом | Температура нагріву поверхні зразка, °С | Питома потужність нагріву зразка, Вт/см2 |
| 25 | 5 | 0,15 | 1000 | 33 | 0,25·10-3 |
| 10 | 0,275 | 990 | 58 | 0,92·10-3 | |
| 15 | 0,4 | 900 | 96 | 2·10-3 | |
| 20 | 0,8 | 650 | 234 | 5,33·10-3 | |
| 30 | 5 | 0,15 | 100 | 33 | 0,25·10-3 |
| 10 | 0,25 | 98 | 55 | 0,83·10-3 | |
| 15 | 0,4 | 90 | 99 | 2·10-3 | |
| 20 | 0,75 | 65 | 252 | 5·10-3 | |
| 35 | 5 | 0,15 | 100 | 38 | 0,25·10-3 |
| 10 | 0,275 | 97 | 65 | 0,92·10-3 | |
| 15 | 0,4 | 88 | 113 | 2·10-3 | |
| 20 | 1,1 | 150 | 315 | 7,33·10-3 |
Залежність ТКО композицій від температури
Висновки:
- Проведено аналіз фізичних властивостей графітів, який дозволяє вважати, що найбільш розвинену поверхню має ТРГ з УЗ подрібненням.
- Одержано зразки композицій в широкому концентраційному інтервалі (5–35 мас.% з кроком 5 мас.%) з графітовими наповнювачами різними методами .
- Досліджено електро- і теплофізичні властивості отриманих матеріалів.
- Оптимальний склад композиції : 25 мас.% ТРГ з УЗ подрібненням і 75 мас.% ЛПЕВТ.
- Практичне застосування – тепловиділяючі елементи (стельки з підігрівом).