تاثیر توزیع کربن‌سیاه در پلی‌اتیلن بر رسانایی و محافظت در برابر امواج الکترومغناطیس

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 5، دوره 35، شماره 2 - شماره پیاپی 34، تیر 1403، صفحه 65-76   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2024.80076.1096

نویسندگان

سمانه صاحبیان^* ؛ محسن حداد سبزوار؛ علی شجری؛ فاطمه نجارنیا

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

چکیده

استفاده از توزیع تجمعی فاز ثانویه در کامپوزیت یکی از راه‌های موثر برای کاهش آستانه نفوذ الکتریکی، افزایش رسانایی و بهبود محافظت ماده در برابر امواج الکترومغناطیس می‌باشد. در این پژوهش از فرآیند اختلاط مکانیکی و پرس گرم برای ساخت کامپوزیت‌های پلی‌اتیلن/کربن‌سیاه، با توزیع تجمعی و تصادفی استفاده شد. تصاویر میکروسکوپی الکترونی نشان داد که در طی فرایند اختلاط مکانیکی، پوشش‌دهی پلیمر با کربن‌سیاه به خوبی انجام شده است. علاوه براین، نتایج انطباق مطلوبی را بین پوشش دهی مطلوب کربن بلک بر سطح پلی اتیلن با دانسیته بالا و بهبود رسانایی الکتریکی در ساختار سگرگیت را نشان می دهد. در نمونه حاوی 2 درصد وزنی کربن‌سیاه با ایجاد ساختار تجمعی رسانایی الکتریکی نسبت به ساختار تصادفی، حدود 3000 برابر افزایش یافت. با استفاده از آزمون تحلیلگر شبکه برداری مشاهده شد با افزایش میزان کربن‌سیاه از 2 به 5 درصد وزنی، بیشینه میزان محافظت الکترومغناطیس کامپوزیت از6 dB به dB 16 افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

کامپوزیت پلیمری رسانا؛ محافظت الکترومغناطیس؛ رسانایی الکتریکی؛ توزیع سگرگیت؛ کربن-سیاه

مراجع

• T. Gong, S.P. Peng, R.Y. Bao, W. Yang, B.H. Xie and M.B. Yang, "Low percolation threshold and balanced electrical and mechanical performances in polypropylene/carbon black composites with a continuous segregated structure", Composites Part B: Engineering, vol. 99, pp. 348-357, (2016).
• R. Ou, S. Gupta, C. A. Parker and R. A. Gerhardt, "Fabrication and electrical conductivity of poly (methyl methacrylate)(PMMA)/carbon black (CB) composites: comparison between an ordered carbon black nanowire-like segregated structure and a randomly dispersed carbon black nanostructure", The Journal of Physical Chemistry B, vol. 110, no. 45, pp. 22365-22373, (2006).
• Hong, Z. Zhao, J. Leng, J. Wu and J. Zhang, "Two-step approach based on selective laser sintering for high performance carbon black/polyamide 12 composite with 3D segregated conductive network", Composites Part B: Engineering, vol. 176, p. 107214, (2019).
• Lan, P. Brigandi, X. Yu, M. Q. Tran, J. M. Cogen, T. J. Person and J. Huang, "Tunable morphology and resistivity of ternary polymer composites of carbon black/low density polyethylene/ethylene‐vinyl acetate with carbon blacks having different surface properties", Journal of Applied Polymer Science, vol. 138, no. 34, p. 50845, (2021).
• Cheng, X. Sun, B. Huang, L. Xiao, Q. Chen, C. Cao and Q. Qian, "Endowing Acceptable Mechanical Properties of Segregated Conductive Polymer Composites with Enhanced Filler-Matrix Interfacial Interactions by Incorporating High Specific Surface Area Nanosized Carbon Black", Nanomaterials, vol. 11, no. 8, p. 2074, (2021).
• Wang, X.H. Tang, J.H. Cai, H. Wu, J.B. Shen, and S.Y. Guo, "Construction, mechanism and prospective of conductive polymer composites with multiple interfaces for electromagnetic interference shielding: a review", Carbon, vol. 177, pp. 377-402, (2021).
• Duan, Y. Xu, D.X. Yan, Y. Yang, G. Zhao, and Y. Liu, "Ultrahigh molecular weight polyethylene composites with segregated nickel conductive network for highly efficient electromagnetic interference shielding", Materials Letters, vol. 209, pp. 353-356, (2017).
• H. Cui, H. Pang, D. X. Yan, L. C. Jia, J. Lei and Z. M. Li, "Percolation and resistivity-temperature behaviours of carbon nanotube-carbon black hybrid loaded ultrahigh molecular weight polyethylene composites with segregated structures", RSC advances, vol. 5, no. 75, pp. 61318-61323, (2015).
• Liu, S. Wu, C. You, N. Tian, Y. Li and N. Chopra, "Recent progress in morphological engineering of carbon materials for electromagnetic interference shielding", Carbon, vol. 172, pp. 569-596, (2021).
• Burmistrov, N. Gorshkov, I. Ilinykh, D. Muratov, E. Kolesnikov, S. Anshin, I. Mazov, J.P. Issi and D. Kusnezov, "Improvement of carbon black based polymer composite electrical conductivity with additions of MWCNT", Composites Science and Technology, vol. 129, pp. 79-85, (2016).
• E. Alam, J. Yu, D. Shen, W. Dai, H. Li, X. Zeng, Y. Yao, N. Jiang and C. T. Lin, "Highly conductive 3D segregated graphene architecture in polypropylene composite with efficient EMI shielding", Polymers, vol. 9, no. 12, p. 662, (2017).
• Zhai, Sh. Zhao, Y. Wang, G. Zheng , K. Dai, Ch. Liu and Ch. Shen, "Segregated conductive polymer composite with synergistically electrical and mechanical properties", Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 105, pp. 68-77, (2018).
• P. Zhang, Ch. G. Zhou, W. J. Sun, T. Wang , L. Ch. Jia, D. X. Yan, Zh. M. Li, "Injection molding of segregated carbon nanotube/polypropylene composite with enhanced electromagnetic interference shielding and mechanical performance", Composites Science and Technology, vol. 197, p. 108253, (2020).
• Wang, Z. W. Fan, H. Zhang, J. Guo, D. X. Yan, Sh. Wang, K. Dai and Zh. M. Li, "3D-printing of segregated carbon nanotube/polylactic acid composite with enhanced electromagnetic interference shielding and mechanical performance", Materials & Design, vol. 197, p. 109222, 2021.
• Bao, L. Xu, H. Pang. D. X. Yan, Ch. Chen, W. Q. Zhang, J. H. Tang and zh. M. Li, "Preparation and properties of carbon black/polymer composites with segregated and double-percolated network structures", Journal of Materials Science, vol. 48, no. 14, pp. 4892-4898, )2013(.
• Sharif, M. Arjmand, A. A. Moud, U. Sundararaj and E. P. Roberts, "Segregated hybrid poly (methyl methacrylate)/graphene/magnetite nanocomposites for electromagnetic interference shielding”, ACS applied materials & interfaces, vol. 9, no. 16, pp. 14171-14179, (2017).
• Moazen, S. Sahebian, and M. Haddad-Sabzevar, "Low percolation behavior of HDPE/CNT nanocomposites for EMI shielding application: Random distribution to segregated structure," Synthetic Metals, vol. 281, p. 116900, 2021.
•