Mehanička i električna svojstva PE/MWCNT nanokompozita

završni rad

• Naslov (engleski): Mechanical and electrical properties of PE/MWCNT nanocomposites
• Autor: Nina Stančić
• Mentor: Sanja Lučić Blagojević (mentor)
• Član povjerenstva: Sanja Lučić Blagojević (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Mirela Leskovac (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Marijana Kraljić Roković (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije; Zagreb
• Datum i država obrane: 2016-09-21, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Kemijsko inženjerstvo; Kemijsko inženjerstvo u razvoju materijala

Sažetak

Polimerni kompoziti istražuju se u svrhu dobivanja materijala poboljšanih svojstava u odnosu na klasične polimerne materijale. Ugljikove nanocjevčice koriste se kao nanopunilo polimernim matricama u svrhu poboljšanja fizičkih i mehaničkih svojstava. U ovom radu cilj je bio istražiti utjecaj ugljikovih nanocjevčica na mehanička i električna svojstva polietilena visoke gustoće (PE-HD) i polietilena niske gustoće (PE-LD). Uzorci polimernih matrica, nanokompozita PE-HD+MWCNT i PE-LD+MWCNT pripravljeni su ekstrudiranjem na dvopužnom ekstruderu te zatim prešanjem na laboratorijskoj hidrauličkoj preši. Uzorci su sadržavali od 0-5 mas. % nanopunila MWCNT. Morfologija polimernih matrica i nanokompozita istraživana je optičkom polarizacijskom mikroskopijom. Mehanička svojstva određena su na univerzalnoj mehaničkoj kidalici testom jednoosnog istezanja i testom relaksacije naprezanja. Električna svojstva određena su metodom četiri kontakta. Rezultati optičke polarizacijske mikroskopije pokazali su da je nanopunilo bolje raspodijeljeno u PE-LD polimernoj matrici u odnosu na PE-HD matricu. Na osnovi dobivenih rezultata tijekom ovog istraživanja može se zaključiti da raspodijeljenost punila u polimernoj matrici i stupanj kristalnosti utječu na mehanička svojstva nanokompozita. Rezultati testa jednoosnog istezanja pokazali su da se dodatkom MWCNT u PE-HD matricu znatnije poboljšavaju modul elastičnosti, dok je kod velikih deformacija poboljšanje prekidnih karakteristika izraženije za matricu PE-LD. Prekidna čvrstoća (σB) znatnije se poboljšava dodatkom punila u PE-LD matricu nego PE-HD matricu. U sustavima s PE-LD matricom bolja je raspodijeljenost punila u matrici što omogućuje bolji prijenos naprezanja kroz sustav i poboljšanje prekidne čvrstoće. Prekidno istezanje (εB) za sustave PE-HD+MWCNT smanjuje se dodatkom punila jer raste stupanj kristalnosti i istezanje materijala se smanjuje. Za sustave PE-LD+MWCNT prekidno istezanje (εB) dodatkom punila se povećava jer se smanjuje stupanj kristalnosti odnosno povećava udio amorfne faze koja omogućuje istezanje. Nanokompozitni sustavi PE-HD+MWCNT s 3 mas. % i 4 mas. % MWCNT ostvarili su specifičnu vodljivost jer su tijekom kristalizacije koncentrirali punilo te se time stvorila mreža povezanih MWCNT koja omogućuje vodljivost nanokompozita. U ostalim sustavima stvorili su se nepovezani agregati punila te se kroz takve sustave ne može ostvariti vodljivost. Nanokompoziti PE-HD+3 mas. % MWCNT imaju potencijalnu primjenu kao antistatički materijal, a PE-HD+4 mas. % MWCNT nanokompoziti primjenu kao antistatički materijal i za elektrostatsko bojanje.

Sažetak (engleski)

Polymer composites are largely explored in order to obtain materials with improved properties compared to conventional polymeric materials. Carbon nanotubes are used as nano-filler in polymer matrices to improve physical and mechanical properties. The objective of this study was to determine influence of carbon nanotubes on mechanical and electrical properties of polyethylene high density (PE- HD) and polyethylene low density (PE-LD). Samples of polymer matrix, nanocomposites PE-HD+MWCNT and PE-LD+MWCNT were prepared by extrusion on a twin-screw extruder and then pressed on a laboratory hydraulic press. Samples contained 0-5 wt. % MWCNT filler. The morphology of the polymer matrix and nanocomposites was investigated with the optical polarization microscopy. The mechanical properties were determined on the universal mechanical testing machine with tensile test and stress relaxation test. Electrical properties were determined by measuring the resistance by four probes. Results of the optical polarization microscopy showed that the nanofiller is better distributed in the PE-LD polymer matrix than in the PE-HD matrix. Based on the results obtained during this study it can be concluded that distribution of filler in a polymer matrix and the degree of crystallinity affect the mechanical properties of the nanocomposites. Results of the tensile test showed that the addition of MWCNT in PE-HD matrix significantly improves the elasticity modul, while at large deformations improvement of the breaking characteristics is more pronounced for the PE-LD matrix. Tensile stress (σB) is significantly improved with the addition of fillers in PE-LD matrix than PE-HD matrix. In systems with PE-LD matrix distribution of the filler in the matrix is better which allows better transfer of strain through the system and improve the tensile stress. Tensile strain (εB) for nanocomposites PE-HD+MWCNT is reduced by adding fillers because the degree of crystallinity is increasing and strain in the material is reduced. For nanocomposites PE-LD+MWCNT tensile strain (εB) increases with the addition of fillers because the degree of crystallinity is reducing and the proportion of amorphous phase increases which allows stretching. Nanocomposite systems PE-HD+MWCNT with 3 wt. % and 4 wt. % MWCNT achieved specific conductivity because during crystallization they concentrated filler and thus create a network of connected MWCNT that allows conductivity of nanocomposites. The other systems created unconnected aggregates of fillers so through such systems conductivity can not be achieved. Nanocomposites PE-HD+ 3 wt. % MWCNT have potential use as an anti-static material and PE-HD+ 4 wt. % MWCNT nanocomposites application as an anti-static material for electrostatic painting.

• Ključne riječi: polietilen visoke gustoće (PE-HD); polietilen niske gustoće (PE-LD); višestijene ugljikove nanocjevčice (MWCNT); PE-HD+MWCNT i PE-LD+MWCNT nanokompoziti; morfologija; mehanička svojstva; električna svojstva
• Ključne riječi (engleski): high density polyethylene (HDPE); low density polyethylene (LD-PE); multiwalled carbon nanotubes (MWCNT); PE-HD+MWCNT and PE-LD+MWCNT nanocomposites; morphology; mechanical properties; electrical properties
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:751386
• Studijski program: Naziv: Primijenjena kemija; smjerovi: Kemija u zaštiti okoliša i izvori energije, Specifični materijali i napredne tehnologije, Primijenjena organska kemija; Smjer: Specifični materijali i napredne tehnologije; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: preddiplomski; Akademski / stručni naziv: sveučilišni/a prvostupnik/prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) primijenjene kemije (univ. bacc. appl. chem.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2018-02-12 13:46:30