توصيفگر ها :
پلي‌اتيلن , دوده , رسانايي الكتريكي , آلياژ پليمري
چكيده فارسي :
در اين پژوهش كامپوزيتهاي پلي‌اتيلن پر شده با دوده با استفاده از يك مخلوط‌كن داخلي تهيه شدند. با توجه به اين موضوع كه نوع زمينه پليمري و نوع دوده بر ميزان رسانايي آميزه نهايي تأثيرگذار است، در اين پژوهش به بررسي هم‌زمان اثر زمينه و دوده پرداخته شده است. انواع پلي‌اتيلن‌ها شامل پلي‌اتيلن سبك، پلي‌اتيلن سبك خطي و پلي‌اتيلن سنگين به عنوان بستر پليمري و دو نوع دوده ايراني(N-234) و خارجي(250G) نيز به عنوان تقويت كننده و عاملي براي بالا بردن هدايت الكتريكي استفاده شده است. چندين تكنيك تحليلي، از جمله رئومتري، اندازه‌گيري‌هاي هدايت الكتريكي، گرما سنجي روبشي تفاضلي و ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميدان، براي آشكار كردن تغييرات ساختاري، ويژگي‌هاي رسانايي و مورفولوژيكي استفاده گرديد. در فاز اول پروژه، هدايت الكتريكي آميزه‌هاي پلي‌اتيلن/دوده در غلظت‌هاي مختلف از دو نوع دوده N-234 و 250G مورد بررسي قرار گرفت. آستانه نفوذ الكتريكي دركامپوزيت‌هاي پلي‌اتيلن/دوده در درصدهاي مابين 5 تا 10 درصد وزني براي دوده خارجي در هر سه نوع از پلي‌اتيلن رخ داد. ميزان رسانايي پلي‌اتيلن سنگين در 10 درصد وزني دوده 250G و بعد از آستانه نفوذ (S/cm) 5 -10×16/8، براي پلي‌اتيلن سبك و در همان درصد وزني دوده 250G مقدار (S/cm) 5 -10×58/4 و همچنين براي پلي‌اتيلن سبك خطي رسانايي (S/cm) 6 -10×01/8 به‌دست آمد. همچنين اين آستانه بين 10 تا 15 درصد وزني براي دوده N-234 در پلي‌اتيلن سبك و پلي‌اتيلن سبك خطي حاصل شد. رسانايي پلي‌اتيلن سبك در 15 درصد وزني براي دوده N-234 (S/cm) 6 -10×29/5 و در پلي‌اتيلن خطي سبك ميزان (S/cm) 6 -10×76/2 حاصل گرديد. براي دوده N-234 و پلي‌اتيلن سنگين نيز آستانه نفوذ بين 5 تا 10 درصد وزني حاصل شد كه رسانايي در 10 درصد وزني دوده N-234 براي اين پلي‌اتيلن (S/cm)6 -10×65/4 به‌دست آمد. در فاز دوم از اين پژوهش آميزه پلي‌اتيلن سبك/پلي‌اتيلن سنگين/دوده 250G در درصدهاي مختلف وزني از زمينه و 10 درصد وزني از دوده 250G مورد بررسي قرار گرفت، نتايج نشان داد كه در درصدهاي وزني متناظر از پليمرها زماني كه درصد وزني پلي‌اتيلن سنگين بيشتر مي‌باشد، نتايج رسانايي بهتري حاصل گرديده است. بهترين نتيجه رسانايي براي آميزه پلي‌اتيلن سنگين80/پلي‌اتيلن سبك20 به ميزان (S/cm) 5 -10×06/3 حاصل گرديد. داده‌هاي عمليات حرارتي، نشان داد كه بلورينگي به ميزان 2 درصد نسبت به نمونه عمليات حرارتي نشده افزايش داشته است. يك بررسي دقيق در مورد تأثير مورفولوژي دوده بر شكل‌گيري و تكامل شبكه در كامپوزيتهاي پلي‌اتيلن/دوده گزارش شد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني نشان داد كه دوده N-234 براي هر سه نوع پلي‌اتيلن، پراكنشي به صورت شبكه‌اي از تجمعات فراگير تشكيل داد. ذرات دوده 250G در سرتاسر كامپوزيتهاي پلي‌اتيلن سنگين و پلي‌اتيلن سبك خطي به نحوي يكنواخت و به صورت فراگير پراكنده شدند و در بستر پلي‌اتيلن سبك شبكه‌ها به صورت توده‌هاي بزرگ تشكيل شد. براي آميزه پلي‌اتيلن سنگين/پلي‌اتيلن سبك پراكنش به صورت توده‌هاي منفصل بود. نتايج رئولوژي نشان داد كه با افزايش غلظت دوده مدول اتلاف و ذخيره افزايش خواهد يافت. همچنين دوده با ساختار بالا با مورفولوژي شاخه‌اي، يك شبكه پركننده-پليمر يا پركننده-پركننده‌اي آسان‌تر از دوده با ساختار پايين با مورفولوژي كروي در مذاب كامپوزيت را تشكيل داد.
چكيده انگليسي :
In this study Carbon Black-filled polyethylene composites were prepared using an internal mixer. Due to the fact that the type of polymer matrix and the type of Carbon Black affect the conductivity of the final mixture, in this study the effect of the matrix and Carbon Black has been investigated simultaneously. Types of polyethylenes include low density polyethylene,linear low density polyethylene and high density polyethylene as a polymer matrix and two types of Iranian(N-234) and foreign Carbon Black (250G) also have been used as reinforcements and to increase electrical conductivity. Several analytical techniques, including rheometry, electrical conductivity measurements, Differential Scanning Calorimetry(DSC) , and Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM) , were used to detect structural changes, morphological features, and conductivity. In the first phase of the project, the electrical conductivity of polyethylene/Carbon Black mixtures at different concentrations of two types of Carbon Black (N-234) and (250G) was investigated. The Electrical percolation thresholds of polyethylene/Carbon Black composites occurred in percentages of between 5 to 10 wt% for foreign Carbon Black in all three types of polyethylene. Conductivity of high density polyethylene at 10 wt% of foreign Carbon Black and after percolation threshold (S/cm) 8.10×10-5, for low density polyethylene at the same wt% of foreign Carbon Black 4.58×10-5(S/cm) 4.58 10 and also for linear light conductivity polyethylene (S/cm) 8.01×10-6 were obtained. Also, this threshold was obtained between 10 and 15 wt% for N-234 Carbon Black in low density polyethylene and linear low density polyethylene. The conductivity of low density polyethylene at 15 wt% for N-234 Carbon Black (S/cm) was 5.29×10-6 and in linear low density polyethylene (S/cm) was 2.76×10-6. For N-234 Carbon Black and high density polyethylene, the percolation threshold was between 5 to 10 wt% , and the conductivity at 10 wt% of N-234 Carbon Black for this polyethylene (S/cm) was 4.65×10-6. In the second phase of this research, LDPE/HDPE/CBG mixture was investigated in different wt% of the field and 10 wt% of 250G Carbon Black; the results showed that in the corresponding wt% of polymers, when the wt% of HDPE is higher, better conductivity results were observed. The best conductivity result for HD80/LD20 mixture (S/cm) was 3.06×10-5. Annealing data showed that the crystallinity increased by 2% compared to the non- annealing sample. A detailed study on the effect of Carbon Black morphology on lattice formation and evolution in polyethylene/Carbon Black composites was reported. Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM) showed that N-234 Carbon Black formed a dispersion as a network of extended aggregates for all three types of polyethylene. 250G Carbon Black particles were uniformly and extended distributed throughout the HD and LLD composites, and lattices formed as jammed in the LD channel. For HD/LD mixing, the distribution was in separate agglomerates. Rheology results showed that with increasing Carbon Black content, the loss modulus and storage modulus will increase. We also found that high-structure Carbon Black with branched morphology formed a filler-polymer or filler-filler network more easily than low-structure Carbon Black with spherical morphology in the composite melt.
