СТРУКТУРА ТА ВЛАСТИВОСТІ ПОЛІМЕРНИХ КОМПОЗИТНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ ПОЛІЛАКТИДУ ТА ВУГЛЕЦЕВИХ НАПОВНЮВАЧІВ
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9868-2024-2(42)-99-106Ключові слова:
вуглецеві нанотрубки, терморозширений графіт, полімерні композити, теплофізичні та механічні властивості, ступінь кристалічностіАнотація
Адитивні технології широко використовуються у різних сферах виробництва. Основною проблемою, яка обмежує їх застосування, є недостатній рівень фізико-механічних та експлуатаційних властивостей. Метою роботи було дослідження впливу вуглецевих наповнювачів різного типу на мікроструктур та функ-ціональні характеристики полімерних композитних матеріалів, які у перспективі можуть використовуватися як філаменти для 3D-друку. Використовуючи методи оптичної мікроскопії, диференціальної сканувальної калориметрії та механічного аналізу, було досліджено мікроструктуру, теплофізичні та механічні властивості полімерних композитних систем на основі полілактиду та вуглецевих наповнювачів – вуглецевих нанотрубок (ВНТ) та терморозширеного графіту (ТРГ). З даних оптичної мікроскопії було виявлено, що при вмісті 0,5 % для ВНТ та 1 % для ТРГ у системі спостерігається перколяційний перехід, при якому кластери з частинок наповнювача пронизують весь об’єм матеріалу. На основі калориметричних досліджень показано, що температури плавлення, холодної кристалізації та склування, а також ступінь кристалічності набувають мінімальних значень при вмісті наповнювача, рівному 0,5 % для ВНТ та 1 % для ТРГ. Саме поверхня наповнювача має вирішальний вплив на теплофізичні характеристики досліджуваних композитів. Максимально розвинена поверхня наповнювача, яка має місце при формуванні перколяційного кластера, утруднює процеси руху макромолекул та перешкоджає формуванню ними кристалічних структур. Тип і вміст вуглецевого наповнювача також впливає і на механічну міцність отриманих матеріалів. З досягненням перколяційної концентрації наповнювача міцність зростає приблизно на 30 %, що робить композитні матеріали перспективними для застосування як філаментів для адитивних технологій.
Завантаження
Посилання
1. Arrillaga Tamez M. B., Taha I. A review of additive manufacturing technologies and markets for thermosetting resins and their potential for carbon fiber integration. Additive Manufacturing. 2021. Vol. 37. Р. 101748. DOI: 10.1016/j.addma.2020.101748
2. Omiyale B. O., Kayode Farayibi P. Additive manufacturing in the oil and gas industries: A review. Analecta Technica Szegedinensia. 2020. Vol. 14 (1). Р. 9–18. DOI: 10.14232/analecta.2020.1.9-18
3. Arumugam S., Ju Y. Carbon nanotubes reinforced with natural/synthetic polymers to mimic the extracellular matrices of bone – a review. Mater. Today Chem. 2021. Vol. 20. Р. 100420. DOI: 10.1016/j.mtchem.2020.100420
4. Farah S., Anderson D. G., Langer R. Physical and mechanical properties of PLA, and their functions in widespread applications – a comprehensive review. Adv. Drug Deliv. Rev. 2016. Vol. 107. Р. 367–392. DOI: 10.1016/j.addr.2016.06.012
5. Yu B., Meng L., Fu S., Zhao Z., Liu Y., Wang K. Morphology and internal structure control over PLA microspheres by compounding PLLA and PDLA and effects on drug release behavior. Colloids Surf B. 2018. Vol. 172. Р. 105–112. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2018.08.037
6. Arockiam A. J., Subramanian K., Padmanabhan R. G. et al. A review on PLA with different fillers used as a filament in 3D printing. Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 50, P. 5. P. 2057–2064. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.09.413
7. Patanwala H. S., Hong D., Vora S. R., Bognet B., Ma A. W. K. The Microstructure and Mechanical Properties of 3D Printed Carbon Nanotube-Polylactic Acid Composites. Polymer Composites. 2018. Vol. 39, Is. S2. P. E1060–E1071. DOI: 10.1002/pc.24494
8. Kaczor D., Fiedurek K., Bajer K. et al. Impact of the Graphite Fillers on the Thermal Processing of Graphite/Poly(lactic acid) Composites. Materials. 2021. Vol. 14. P. 5346. DOI: 10.3390/ma14185346
9. Murariu M., Dechief A. L., Bonnaud L. et al. The production and properties of polylactide composites filled with expanded graphite. Polymer Degradation and Stability. 2010. Vol. 95, Is. 5. P. 889–900. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2009.12.019
10. Kumar S. Investigating effect of CNT agglomeration in CNT/polymer nanocomposites using multiscale finite element method. Mechanics of Materials. 2023. Vol. 183. Р. 104706. DOI: 10.1016/j.mechmat.2023.104706
11. Dinzhos R. V., Fialko N. M., Lysenkov E. A. Analysis of the Thermal Conductivity of Polymer Nanocomposites Filled with Carbon Nanotubes and Carbon Black. J. of Nano- Electron. Phys. 2014. Vol. 6, No 1. Р. 01015.
12. Lisunova M. O., Mamunya Ye. P., Lebov-ka N. I., Melezhyk A. V. Percolation behaviour of ultrahigh molecular weight polyethylene/multi-walled carbon nanotubes composites. Eur. Polym. J. 2007. Vol. 43, Is. 3. Р. 43949–43958. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2006.12.015
13. Lysenkov E. A., Homza Yu. P., Davydenko V. V., Klepko V. V. Struktura ta teplofizychni vlastyvosti system na osnovi olihoetylenhlikoliu ta anizometrychnykh nanonapovniuvachiv. Polimernyi zhurnal. 2010. T. 32, No 2. Р. 99–104. [in Ukrainian]
14. Barrau S., Vanmansart C., Moreau M., et al. Crystallization Behavior of Carbon Nantube−Polylactide Nanocomposites. Macro-molecules. 2011. Vol. 44, No 16. Р. 6496–6502. DOI: 10.1021/ma200842n
15. Hadzreel M. R. A. M., Aisha, I. S. R. Effect of Reinforcement Alignment on The Properties of Polymer Matrix Composite. Journal of Mechanical Engineering and Sciences. 2013. Vol. 4, Р. 548–554. DOI: 10.15282/jmes.4.2013.18.0051
16. Wang Q., Han X. H., Sommers A. et.al. A review on application of carbonaceous materials and carbon matrix composites for heat exchangers and heat sinks. International Journal of Refrigeration. 2012. Vol. 38. P. 7–26. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2011.09.001
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Нафтогазова енергетика
TЦя робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
.png)
1.png){kind=logo}
