Regularities of influence on thermophysical properties of polymer micro-and nanocomposites of their production

Abstract

The article presents the results of a series of experimental studies of the thermophys-ical properties of polymer micro-and nanocomposites when using methods for obtaining them based on mixing components in dry form or in a polymer melt. The study was performed for composites based on polyamide 6 when filling it with carbon nanotubes, copper and aluminum microparticles. During the studies, the mass fraction of the filler varied from 0.3 to 10 %, the temperature of the composites — from 320 to 525 K. The article presents data on the effects of the methods for obtaining polymer composite materials on their heat conductivity, specific heat capacity and density. It is shown that using the method based on mixing components in a polymer melt, polymer micro-and nanocomposites with higher heat conductivity can be ob-tained. At the same time, for both methods, the same ranking of the heat conductivity of the composites under consideration is realized depending on their filler. Namely, the highest values of heat conductivity coefficients are found for polyamide 6 filled with carbon nanotubes, the lowest ones with copper microparticles, and the lowest ones with aluminum microparticles. It has been established that the influence of the methods for obtaining the studied composites has a more significant effect on the value of their heat conductivity coefficient than the values of specific heat capacity and density. It has been shown that the discrepancies in the value of specific heat capacity of composites obtained using different methods are noticeable only at temperatures close to the melting point of the polymer. At the same time, the corresponding discrepancies in the values of the density of the studied polymer micro-and nanocomposites change insignificantly with temperature. Information is provided on the limits of rational use of the considered methods for obtaining polymer micro-and nanocomposites associated with the volume of corresponding production, the content of the filler and its cost. Bibl. 70, Fig. 4, Tab. 1. Наведено результати циклу експериментальних досліджень теплофізичних властивостей полімерних мікро- та нанокомпозитів при застосуванні для їх одержання методів, що базуються на змішуванні компонентів у сухому вигляді або в розплаві полімеру. Доcлідження виконано для композитів на основі поліаміду 6 при його наповненні вуглецевими нанотрубками, мікрочастинками міді або алюмінію. У ході виконання досліджень масова частка наповнювача змінювалася від 0,3 до 10 %, температура композитів — від 320 до 525 К. Наведено дані щодо ефектів впливу методів одержання полімерних композиційних матеріалів на їх теплопровідність, питому теплоємність та густину. Показано, що із застосуванням методу, що заснований на змішуванні компонентів у розплаві полімеру, можуть бути одержані полімерні мікро- та нанокомпозити із суттєво більш високою теплопровідністю. При цьому для обох методів реалізується однакове ранжування теплопровідності композитів, що розглядаються, у залежності від їх наповнювача, а саме: найбільші значення коефіцієнтів теплопровідності мають місце для поліаміду 6, наповненого вуглецевими нанотрубками, нижчі — мікрочастинками міді, найнижчі — мікрочастинками алюмінію. Встановлено, що вплив методів одержання досліджуваних композитів більш суттєво позначається на величині їх коефіцієнта теплопровідності, ніж на значеннях питомої теплоємності та густини. Показано, що розбіжності величини питомої теплоємності композитів, одержаних на основі різних методів, є помітними лише при температурах, близьких до температури плавлення полімеру. При цьому відповідні розбіжності значень густини досліджуваних полімерних мікро- та нанокомпозитів несуттєво змінюються з температурою. Наведено інформацію про межі раціонального використання розглянутих методів одержання полімерних мікро- та нанокомпозитів, що пов’язані з обсягом відповідних виробництв, величиною вмісту наповнювача та його вартістю. Бібл. 24, рис. 4, табл. 1.