عنوان پایان‌نامه
فوم شدن کامپوزیت های پلیمری نانو ذرات کربن بررسی هدایت الکتریکی و خواص مکانیکی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - صنایع پلیمر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1004.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 48055
- تاریخ دفاع
- ۳۰ بهمن ۱۳۸۹
- دانشجو
- گولیا نیک روان
- استاد راهنما
- قدرت الله هاشمی مطلق
- چکیده
- کامپوزیت¬های پلیمری رسانای الکتریسیته که حاوی یک ماتریس پلیمری و ذرات یک یا چند افزودنی رسانا در غلظتی بالاتر از غلظت آستانه¬ی رسانایی می¬باشند، به دلیل مزایایی چون سبکی، مقاومت به مواد شیمیایی و سادگی شکل¬دهی نسبت به فلزات، در بسیاری از کاربردهای رسانایی الکتریکی بسیار مورد توجه هستند. یک ضعف موجود در این زمینه، افت خواص مکانیکی است که به صورت معمول در پلیمرهایی با درصدهای بالا از افزودنی مشاهده می¬شود. به این دلیل، حصول رسانایی الکتریکی بالا در غلظت¬های حتی¬الامکان پایین از افزودنی¬ رسانا بسیار مطلوب است. از طرفی، در مورد افزودنی¬هایی با نسبت ابعاد بالا و یا در فرایندهایی که به دلیل نرخ برش بالا، جهت¬گیری افزودنی در راستای میدان جریان رخ می¬دهد، رسانایی در جهت صفحه معمولا تا چندین درجه¬ی بزرگی، بالاتر از رسانایی در جهت عمود بر صفحه است؛ در حالی که در برخی کاربردها از جمله صفحات دوقطبی در پیل¬های سوختی، به رسانایی بالا در جهت عمود بر صفحه نیاز است. در این پایان¬نامه از فوم کردن به عنوان راهی برای افزایش رسانایی الکتریکی در هر دو جهت صفحه و عمود بر صفحه در کامپوزیت¬های دوده و گرافیت منبسط شده، به عنوان دو افزودنی رسانای پرکاربرد و مؤثر، در ماتریس پلی¬استایرین و در فرایندهای قالبگیری فشاری و تزریقی استفاده شد. نتایج نشان داد که رسانایی الکتریکی کامپوزیت¬های دوده در قالبگیری تزریقی در اثر فوم شدن به طور مشخص در هر دو جهت صفحه و عمود بر صفحه افزایش می¬یابد. این در حالی است که در قالبگیری فشاری این تغییرات چندان چشمگیر نیست. این تفاوت به ماهیت متفاوت این دو فرایند بازمی¬گردد؛ همزمانی جریان مذاب درون قالب و رشد حباب¬های فوم که می¬تواند در قالبگیری تزریقی باعث تغییر در موقعیت تجمعات دوده و ایجاد یک فاز غنی از دوده در ناحیه¬ی بین حباب¬ها شود، عامل این افزایش رسانایی شناخته شد؛ عاملی که در فرایند قالبگیری فشاری به دلیل عدم وجود جریان مذاب قابل توجه، نمی¬تواند نقش چندانی ایفا کند. در کامپوزیت¬های گرافیت منبسط شده که توسط قالبگیری فشاری تهیه شدند نیز، با فوم شدن، افزایش رسانایی در هر دو جهت صفحه و عمود بر صفحه به وضوح مشاهده شد. در این مورد اگرچه نمی¬توان حباب¬ها را موجب تغییر در موقعیت کلی مجموعه¬ی عظیم صفحات گرافیتی متصل به هم در یک ساختار کرم مانند گرافیت منبسط شده دانست، اما می¬توان آنها را عامل تغییر در موقعیت عمودی یا افقی صفحات نسبت به هم و در نتیجه افزایش رسانایی در هر دو جهت دانست. روش افزودن گرافیت منبسط شده به مذاب، در مرحله¬ی اختلاط، بر رسانایی الکتریکی کامپوزیت¬های این افزودنی اثرگذار است. آزمون مکانیکی خمش بر روی کامپوزیت¬های رسانای دوده و گرافیت منبسط شده انجام شد. نتایج نشان از افت مقاومت خمشی با فوم شدن دارد اما در نمونه¬های فوم کاهش مقاومت خمشی با افزایش درصد افزودنی در مقایسه با نمونه¬های جامد کمتر است.
- Abstract
- The application of electrically conductive polymer composites is increasingly growing in various areas due to their excellent chemical and corrosion resistance, low weight, smart functional performances and ease of shaping into small and complex geometries. It has been previously observed that foam injection molding of conductive polymeric composites containing nano-size carbon black particles, surprisingly increases their electrical conductivity while lowers the part weight. These advantages of foaming lead to higher interest and capability for using conductive polymer composites. In this work to investigate the effect of processing method, injection and compression molding were used to make and characterize the samples of carbon black nanocomposites. Furthermore, composites of graphite and expanded graphite, prepared by compression molding, were compared from the aspect of morphology and electrical conductivity. The electrical percolation threshold was much lower for expanded graphite composites compared to that of graphite composites. The electrical conductivity of graphite and expanded graphite composites was studied to see whether foaming has similar effect to that of carbon black composites. Results showed that electrical conductivity of injection molded carbon black composites increased in both in-plane and through-plane directions due to foaming; while no significant change was observed for the compression molded carbon black composites. This difference can be related to the difference in melt flow for these processes i.e. the existence of melt flow at the time of cell growth in injection molding and the absence of such melt flow in compression molding. In the case of expanded graphite compression molded composites, increase in electrical conductivity in both directions was obtained as a result of foaming. However, the cells could not be considered as a factor to be able to displace the huge expanded graphite assemblies. The change in the relative vertical or horizontal position of graphite nano sheets as a result of cell growth can be the cause. The method in which expanded graphite was added to the melt during compound preparation had a great influence on the electrical conductivity of expanded graphite composites. Flexural strength measurements showed a reduction for all composites as compared to pure polymer. This reduction became more significant as the filler content increased. The reduction in flexural strength with increase in filler content was less steep for the foam composites compared to that for the solid ones.
