بررسی حضور LDPE بر خواص مکانیکی و رسانایی الکتریکی کامپوزیت سگرگیت CB/HDPE

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 11، دوره 34، شماره 4 - شماره پیاپی 32، بهمن 1402، صفحه 59-70   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2023.83646.1118

نویسندگان

سید مهران تیموری؛ سمانه صاحبیان^* ؛ عبدالکریم سجادی

گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد.

چکیده

با توجه به کاربرد کامپوزیت‌های پایه پلیمری رسانا با ساختار سگرگیت در صنایع الکترونیک و هوافضا، بحث خواص مکانیکی آنها اهمیت پیدا کرده است. در این پژوهش از پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE )، فاز رسانای کربن سیاه (CB ) و فاز پلی‌اتیلن با چگالی کم (LDPE ) به عنوان فاز تقویت کننده برای ساخت کامپوزیت استفاده شد. در ساخت نمونه‌ها از روش اختلاط مکانیکی و در ادامه از پرس گرم استفاده شد. رسانش نمونه‌ها برای اطمینان از تشکیل ساختار سگرگیت اندازه‌گیری شد. نتایج داده های رسانایی حاکی از شکل گیری ساختار سگرگیت و کاهش مقاومت الکتریکی ساختار سگرگیت با افزایش درصد وزنی کربن سیاه می باشد. در نمونه xCB-HD بیشینه رسانایی الکتریکی 43.10 S/m و در نمونه xCB-1LD نیز 36.62 S/m بدست آمد. ارزیابی تصاویر میکروسکوپی نیز تشکیل مسیرهای رسانا در ساختار را تایید می کند. برای بررسی خواص مکانیکی آزمون استحکام کششی انجام شد. با افزایش فاز رسانای کربنی در مرز گرانولها به سبب ایجاد عیوب ساختاری روند کاهشی استحکام تسلیم در دو دسته ساختار سگرگیت مشاهده شد. با افزایش درصد وزنی کربن سیاه از 1 به 2 درصد وزنی بهبود 20 تا 40 درصدی استحکام تسلیم و 7 تا 22 درصدی مدول یانگ در ساختارهای سگرگیت xCB-HD و xCB-1LD شد.

کلیدواژه‌ها

ساختار سگرگیت؛ خواص مکانیکی؛ رسانایی الکتریکی؛ کامپوزیت پایه پلیمری؛ استحکام تسلیم؛ مدول یانگ

مراجع

[1]   J. Tiusanen., D. Vlasveld., J. Vuorinen., "Review on the effects of injection moulding parameters on the electrical resistivity of carbon nanotube filled polymer parts", Composites Science and Technology, vol. 72, no. 14, pp. 1741-1752, (2021).

 [2] H. Pang, L. Xu, D-X Yan, Z-Ming, "Conductive polymer composites with segregated structures", Progress in Polymer Science, Vol. 39, Issue 11, pp. 1908-1933, (2014).

[3]   J. C. Grunlan, W. W.Gerberich, L. F.Francis, “Lowering the percolation threshold of conductive composites using particulate polymer microstructure", J Appl Polym Sci, Vol. 80, pp. 692–705. (2001).

[4]   J. C. Grunlan, W. W.Gerberich, L. F.Francis,  "Electrical and mechanical behavior of carbon black-filled poly(vinyl acetate) latex-based composites", Polym Eng Sci, Vol. 41, pp. 1947–62, (2001).

[5]   H. Pang, D. X.Yan, Y Bao, J. B.Chen,  C.Chen,  Z. M.Li,  "Super-tough conducting nanotube/ultrahigh-molecular-weight polyethylene composites with segregated and double-percolated structure", Journal Mater Chemistry, Vol. 22, pp. 23568–75. (2012).

[6]   H.Zois, L.Apekis, M.Omastova, "Electrical Properties of Carbon Black-filled Polymer Composites", Macromolecular Symposia, Vol. 170, pp. 249-256, (2001).

[7]    S.Gupta, R.Ou, and R.A.Gerhardt, "Effect of the fabrication method on the electrical properties of poly(acrylonitrile-co-butadiene-costyrene)/carbon black composites", Journal Electronic Materials, Vol. 35, pp.
224–229, (2006).

[8]    Q.Liu, J.Tu, X.Wang, W.Yu, W.Zheng, Z.Zhao, "Electrical conductivity of carbon nanotube/poly(vinylidene fluoride) composites prepared by high-speed mechanical mixing", Carbon, Vol. 50, pp. 339-341, (2012).

[9]    W. Ch.Yu, T.Wang, , G.Q.Zhang, Z. G.Wang,  H. M.Yin, D. X. Yan,  J. Zh. Xu,, Z. M. Li, "Largely enhanced mechanical property of segregated carbon nanotube/ poly (vinylidene fluoride) composites with high electromagnetic interference shielding performance", Composites Science and Technology, Vol. 167, pp. 260-267, (2018).

[10] Y.S.Kim, "Electrical Conductivity of Segregated Network Polymer Nanocomposites", (2007).

[11] D. Xu, , Ch. Wenhua, L. Pengju, "Enhanced electromagnetic interference shielding and mechanical properties of segregated polymer/carbon nanotube composite via selective microwave sintering", Composites Science and Technology, Vol. 199, pp. 108–355, (2020).

[12] T. Jiahong, Y. Fan, X. Yeping, L. Pengju, "Improved mechanical and electromagnetic interference shielding performance of segregated UHMWPE/CNTs via microwave-assisted sintering", High Performance Polymer, pp. 1140-1149, (2020.

[13] S. Moazen, S. Sahebian, M. Haddad Sabzevar, “Low percolation behavior of HDPE/CNT nanocomposites for EMI shielding application: Random distribution to segregated structure", Synthetic Metals, Vol. 281, 116900, (2021).