تاثیر حضور LDPE در مرزدانه بر رسانایی الکتریکی و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت HDPE/CNT با ساختار سگرگیت

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

• سمانه صاحبیان
• ریحانه رضانیا
• ابوالفضل باباخانی

ﮔﺮوه ﻣهﻨﺪﺳﯽ ﻣﻮاد و ﻣﺘﺎﻟﻮرژی، داﻧﺸﮕﺎه ﻓﺮدوﺳﯽ ﻣﺸهﺪ.

10.22067/jmme.2023.79715.1087

چکیده

نانو‌کامپوزیت‌های زمینه پلیمری رسانا انتخاب مناسبی به عنوان یک ماده رسانا هستند. در کامپوزیت‌های پلیمری رسانا با ساختار جدا‌یش یافته، آستانه نفوذ کمتری از کامپوزیت‌های رندوم دارند، زیرا ذرات به جای توزیع تصادفی در کل سیستم ، تنها در سطح مشترک ذرات -زمینه پلیمری قرار دارند. در این پژوهش، به منظور دستیابی به رسانایی قابل توجه در درصدهای وزنی کم فاز رسانا، نانوکامپوزیت های CNT/HDPE با ساختار جدایش یافته به روش اختلاط در حالت خشک تولید شدند. به منظور بهبود خواص مکانیکی، فاز پلیمری دوم، که دارای وزن مولکولی کمتر از پلیمر اول است، به این کامپوزیت‌ها، اضافه شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، وجود CNT‌ها را در مرزهای گرانول‌های پلیمری تایید کرد. میزان رسانایی در یک درصد وزنی فاز CNT در کامپوزیت فاقد فاز پلیمری دوم S/m 0491/1 و در کامپوزیت دارای فاز پلیمری دوم S/m 4518/0 و حدآستانه در حضور فاز LDPE و بدون آن برابر Vol% 079/0 گزارش شد. نتایج آزمون کشش نیز بهبود خواص مکانیکی را در کامپوزیت L-2CNT نسبت به H-2CNT نشان داد .تنش تسلیم و کرنش شکست در حضور فاز LDPE به ترتیب 11/26% و 62/208% درصد افزایش داشته است.

کلیدواژه‌ها

• ساختار سگرگیت
• نانوکامپوزیت
• نانولوله کربنی
• پلی اتیلن با دانسیته بالا
• پلی اتیلن با دانسیته کم

موضوعات

• مواد پیشرفته

---

عنوان مقاله [English]

The Effect of LDPE Presence in Grain Boundaries on HDPE/CNT Nanocomposite with Segregate Structure on Electrical Conductivity and Mechanical Properties

نویسندگان [English]

• samane sahebian
• reyhaneh rezania
• abolfazl babakhani

Department of material science and engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Iran.

چکیده [English]

Conductive polymer matrix nanocomposites are suitable choice as a conductive material. in conductive polymer composites with segregated structure, percolation threshold is lower than random composites by the reason of particles location. In these composites particles are only located at polymers matrix particles interface instead of being distributed randomly throughout the system. in this study, a HDPE/CNT nanocomposites with segregated structure were fabricated by dry mixing method in order to achieve significant conductivity in low weight conductive phase percentages. due to Improve mechanical properties, the second polymer phase, which has a lower molecular weight than first polymer, was added to composites structure. SEM images confirms the presence of CNTs at polymer granules boundaries. The conductivity in one weight percent of CNT phase for composite without second polymer phase was reported as 1.0491 S/m and in composite with second polymer phase was 0.4518 S/m. Tensile test results also show improved mechanical properties in L-2CNT composite compared to H-2CNT.

کلیدواژه‌ها [English]

• segregated structure
• nanocomposite
• CNT
• HDPE
• LDPE

مراجع

[1] K. B. Cheng, S. Ramakrishna and K.C.  Lee , “ Electromagnetic shielding effectiveness of copper/glass fiber knitted fabric reinforced polypropylene composites ,” Composites Part A:Applied Science and Manufacturing, vol. 31, no.10, pp. 1039-1045, 2000.

[2] P. Verma, P. Saini, R. S. Malik, V. and Choudhary, “ Excellent electromagnetic interference shielding and mechanical properties of high loading carbon-nanotubes/polymer composites designed using melt recirculation equipped twin-screw extruder ,” Carbon, vol. 89, pp. 308-317, 2015.

[3] A. Gupta and V. Choudhary, “ Electromagnetic interference shielding behavior of poly (trimethylene terephthalate)/multi-walled carbon nanotube composites ,” Composites Science and Technology, vol. 71, no.13, pp. 1563-1568, 2011.

[4] L. Ch , D. X.   Jia, Ch. H.    Yan,  X.   Cui, X. Jiang, Zh. M.  Jib and al. et , “ Electrically conductive and electromagnetic interference shielding of polyethylene composites with devisable carbon nanotube networks ,” Journal of Materials Chemistry C, vol. 3(36), pp. 9369-9378, 2015.

[5] F. Ren, Zh.  Li, L.  Xu, Zh. Sun, P. Ren, D. Yan and Zh. Li, “Large-scale preparation of segregated PLA/carbon nanotube composite with high efficient electromagnetic interference shielding and favourable mechanical properties,” Composites Part B: Engineering, vol. 155, pp. 405-413, 2018.

[6] W. Ch. Yu, T. Wang, G. Q. Zhang, Z. G. Wang, H. M. Yin, D. X. Yan, J. Zh. Xu  and  Zh. 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.

[7] L.      Zhang, N. T. Alvarez, M. Zhang, M. Haase, R. Malik, D. Mast  and V. Shanov, “ Preparation and characterization of graphene paper for electromagnetic interference shielding ,” Carbon, vol. 82, pp. 353-359, 2015.

[8] N.      George, G. A. Varghese and  R. Joseph, “ Improved mechanical and barrier properties of Natural rubber-Multiwalled carbon nanotube composites with segregated network structure ,” Materials Today: Proceedings, vol. 9, pp. 13-20, 2019.

[9] W. Ch.  Yu, G. Q. Zhang, Y. H. Liu,  L. Xu, D. X. Yan, H. D. Huang, J. H. Tang , J. Zh. Xu  and Zh. M.  Li , “ Selective electromagnetic interference shielding performance and superior mechanical strength of conductive polymer composites with oriented segregated conductive networks , “ Chemical Engineering Journal, vol. 373, pp. 556-564, 2019.

[10] Sh.  Zhang, H. Deng, Q. Zhang  and Q. Fu , “ Formation of conductive networks with both segregated and double-percolated characteristic in conductive polymer composites with balanced properties ,” ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 6(9), pp. 6835-6844, 2014.

[11] W. 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.

[12] H. Pang, L. Xu, D. X. Yan and Z. M.  Li, “Conductive polymer composites with segregated structures,” Progress in Polymer Science, vol. 39, no. 11, pp. 1908-1933, 2014.