ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ НАНОМОДИФИЦИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО ПОЛИУРЕТАНА ПРИ ПРОТЕКАНИИ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
- Авторы: Ягубов В.С.1, Щегольков А.В.1
-
Учреждения:
- Тамбовский государственный технический университет
- Выпуск: № 2 (2019)
- Страницы: 63-72
- Раздел: Статьи
- URL: https://vektornaukitech.ru/jour/article/view/10
- DOI: https://doi.org/10.18323/2073-5073-2019-2-63-72
- ID: 10
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Разработка новых типов функциональных материалов на основе модифицированных полимеров является перспективной научной задачей. Модифицированные полимеры широко применяются в радиоэлектронике и электротехнике. Наиболее эффективным методом, позволяющим изменять не только физико-механические, но и электрофизические свойства полимеров, является введение в их структуру углеродных наноматериалов - наномодификаторов. Углеродные наноструктуры, а также типы полимеров очень многообразны, поэтому необходимо изучить и оценить влияние на свойства полимеров морфологии углеродных наноструктур и концентрации вводимого модификатора. В связи с этим работа посвящена изучению влияния углеродных наноструктур в составе полиуретана, обладающих различной морфологией, на тепловыделения при протекании постоянного электрического тока. С этой целью проведены экспериментальные исследования полиуретановых композитов с различным массовым содержанием (масс. %) многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), синтезированных на разных катализаторах. Проведены исследования электропроводящих свойств наномодифицированных композитов при различной концентрации двух типов МУНТ. В ходе исследования выявлено, что самым низким удельным объемным электрическим сопротивлением (3,5×104 Ω×см) обладает полиуретан, модифицированный 7 масс. % МУНТ, синтезированными на Fe-Co/2,1Al2O3. Исследовано бесконтактным методом измерения распределение температурного поля на поверхности образцов наномодифицированных композитов при подключении их к источнику постоянного тока. Установлено, что самым равномерным распределением температурного поля обладают образцы нагревателей, изготовленные на основе полиуретанов, модифицированных 7 масс. % МУНТ. В ходе исследования обнаружен эффект токовой флуктуации, что можно объяснить хаотичной электропроводящей сетью, образованной МУНТ в полиуретане. Выявлено, что различное массовое содержание МУНТ в композите оказывает влияние на распределение температурного поля при подаче постоянного электрического напряжения, что следует из особенностей распределения углеродных наноструктур в матрице полимера.
Об авторах
В. С. Ягубов
Тамбовский государственный технический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: vitya-y@mail.ru
аспирант кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов»
РоссияА. В. Щегольков
Тамбовский государственный технический университет
Email: energynano@yandex.ru
кандидат технических наук, доцент кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов»
РоссияСписок литературы
- Саундерс Д., Фриш К. Химия полиуретанов. М.: Химия, 1968. 470 с.
- Яманова Р.Р. Современные материалы и технологии для получения форм и отливок при изготовлении сувенирной продукции // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 2. С. 292-295.
- Ирле К., Райер Р., Рошу Р., Штингль Т., Буланов М.Н. Высокоэффективные водно-дисперсионные полиуретановые ЛКМ для защиты стальных поверхностей // Лакокрасочные материалы и их применение. 2011. № 10. С. 43-46.
- Еськов А.А., Лебедева Т.А., Белова М.В. Лакокрасочные материалы с пониженным содержанием летучих веществ (обзор) // Труды ВИАМ. 2015. № 6. С. 8-35.
- Li J., Feng Q., Cui J., Yuan Q., Qiu H., Gao S., Yang J. Self-assembled graphene oxide microcapsules in Pickering emulsions for self-healing waterborne polyurethane coatings // Composites Science and Technology. 2017. Vol. 151. P. 282-290.
- Hummers W.S., Offeman R.E. Preparation of Graphitic Oxide // Journal of the American Chemical Society. 1958. Vol. 80. № 6. P. 1339-1339.
- Балаева С.М., Козлов Г.В., Заиков Г.Е., Стоянов О.В. Зависимость степени усиления от структуры нанонаполнителя для нанокомпозитов полиуретан/углеродные нанотрубки // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 2. С. 163-166.
- Щегольков А.В., Щегольков А.В., Парфимович И.Д., Буракова Е.А., Кобелев А.В., Дьячкова Т.П. Аспекты направленного синтеза углеродных нанотрубок для создания иерархических радиопоглощающих композитных материалов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2018. Т. 80. № 4. С. 337-343.
- Гусева Е.Н., Пихуров Д.В., Зуев В.В. Диэлектрические свойства полиуретановых нанокомпозитов, модифицированных фуллереном С60 и наноалмазами // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 6. С. 982-989.
- Leng J.S., Huang W.M., Lan X., Liu Y.J., Du S.Y. Significantly reducing electrical resistivity by forming conductive Ni chains in a polyurethane shape-memory polymer/carbon-black composite // Applied Physics Letters. 2008. Vol. 92. № 20. P. 204101.
- Hohimer C.J., Petrossian G., Ameli A., Mo C., Pötschke P. Electrical conductivity and piezoresistive response of 3D printed thermoplastic polyurethane/multiwalled carbon nanotube composites // Behavior and Mechanics of Multifunctional Materials and Composites XII 2018: proceedings of SPIE - International Society for Optics and Photonics. 2018. Vol. 10596. P. 105960J.
- Li Y., Zhou B., Zheng G., Liu X., Li T., Yan C., Cheng C., Dai K., Liu C., Shena C., Guo Z. Continuously prepared highly conductive and stretchable SWNT/MWNT synergistically composited electrospun thermoplastic polyurethane yarns for wearable sensing // Journal of Materials Chemistry C. 2018. Vol. 6. № 9. P. 2258-2269.
- Ягубов В.С., Щегольков А.В. Саморегулируемый электронагреватель на основе эластомера, модифицированный многослойными углеродными нанотрубками // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2018. Т. 80. № 3. С. 341-345.
- Tang P., Zhang R., Shi R., Bin Y. Synergetic effects of carbon nanotubes and carbon fibers on electrical and self-heating properties of high-density polyethylene composites // Journal of Materials Science. 2015. Vol. 50. № 4. P. 1565-1574.
- Xiao Z., Sheng C., Xia Y., Yu X., Liang C., Huang H., Gan Y., Zhang J., Zhang W. Electrical heating behavior of flexible thermoplastic polyurethane/Super-P nanoparticle composite films for advanced wearable heaters // Journal of industrial and engineering chemistry. 2019. Vol. 71. P. 293-300.
- Liu P., Liu L., Jiang K., Fan S. Carbon-nanotube-film microheater on a polyethylene terephthalate substrate and its application in thermochromic displays // Small. 2011. Vol. 7. № 6. P. 732-736.
- Yan J., Jeong Y.G. Highly elastic and transparent multiwalled carbon nanotube/polydimethylsiloxane bilayer films as electric heating materials // Materials & Design. 2015. Vol. 86. P. 72-79.
- Luo J., Lu H., Zhang Q., Yao Y., Chen M., Li Q. Flexible carbon nanotube/polyurethane electrothermal films // Carbon. 2016. Vol. 110. P. 343-349.
- Ha J.-H., Chu K., Park S.-H. Electrical Properties of the Carbon-Nanotube Composites Film Under Extreme Temperature Condition // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2019. Vol. 19. № 3. P. 1682-1685.
- Yao X., Hawkins S.C., Falzon B.G. An advanced anti-icing/de-icing system utilizing highly aligned carbon nanotube webs // Carbon. 2018. Vol. 136. P. 130-138.
- Марков А.В., Гущин В.А., Марков В.А. Термоэлектрические характеристики электропроводящих композитов на основе смесей кристаллизующихся и аморфных полимеров с техническим углеродом // Пластические массы. 2019. №. 1-2. С. 44-47.
- Raza M.A., Westwood A., Brown A., Hondow N., Stirling Ch. Characterisation of graphite nanoplatelets and the physical properties of graphite nanoplatelet/silicone composites for thermal interface application // Carbon. 2011. Vol. 49. № 13. P. 4269-4279.
- Yagubov V., Stolyarov R., Memetov N., Blokhin A., Tkachev A., Gorshkova A., Moskova M. Nanomodified electroconducting glue compositions based on polychloroprene rubber // AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 2041. № 1. P. 020026.