Электропроводящие нанокомпозиты на основе полиэтилена высокой плотности и различных типов углеродсодержащих наполнителей

В статье приводятся результаты системного анализа электропроводности нанокомпозитов на основе полиэтилена высокой плотности и таких углеродных наполнителей, как технический углерод и графит. Используется 13 углеродных наполнителей наноразмерного уровня. В задачу исследования входило из числа используемых нанонаполнителей различного типа выбрать наиболее эффективные. Эффективность наночастиц оценивалась не только по данным электропроводности, но и по изменению основных физико-механических показателей. Исследовали такие свойства, как электропроводность, разрушающее напряжение, относительное удлинение и показатель текучести расплава. Показано, что сравнительно лучшими нанонаполнителями являются технический углерод марки Printex XE 2B и графит марки ГС-2.

1. Берлин А.А., Вольфсон С.А., Ошман В.Г. Принципы создания композиционных материалов. М.: Химия, 1990, 240 с.

2. Д. Нвабумбы, Т. Кю. Композиты на основе полиолефинов. СПб: ИЛ «Научные основы и технологии» 2014, 744 с.

3. Kakhramanov N.T., Allahverdiyeva Kh.V., Mustafayeva F.A. Structure and Properties of Conducting Composites Based on Polyolefins and Carbon Black.// Russian Journal of Applied Chemistry, 2022, Vol. 95, No.8, pp. 1146–1152.

4. Kakhramanov N.T., Allahverdiyeva Kh.V., Martynova G.S., Mustafayeva F.A., Gahramanli Y.N. New Approaches for the Interpretation of the Structure and Phase Transitions in Nanocomposites Based on Modified Polyolefins and Technical Carbon.// J.Chem.Soc.Pak., vol. 45, No.2, 2023, p. 119–127.

5. Алоев В.З., Жирикова З.М., Тарчокова М.А. Эффективность использования нанонаполнителей разных типов в полимерных композитах. //Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2020, т. 63, вып.4, с.81–85.

6. Liang J. X., Yang Q. Mechanical properties of carbon blackfilled high-density polyethylene antistatic composites // J. Reinf. Plast. Compos. 2008. V. 28. N3. P. 295−304. https://doi.org/10.1177/0731684407081376.

7. Allahverdiyeva Kh.V., Martynova G.S., Mustafayeva F.A.,Gahramanli Y.N. Structural features and mechanism of crystallization of nanocomposites based on maleinated high density polyethylene and carbon black. // Heliyon, 2023(9), e14829.

8. Kim J., Lee J., You J., Park M.-S., Hossain M. S. A., Yamauchi Y., Kim J. H. Conductive polymers for next-generation energy storage systems: recent progress and new functions // Mater. Horiz. 2016. V. 3. N6. P. 517−535. https://doi.org/10.1039/C6MH00165C.

9. Shi Y., Peng L., Ding Y., Zhao Y., Yu G. Nanostructured conductive polymers for advanced energy storage // Chem. Soc. Rev. 2015. V. 44. P. 6684−6696. https://doi.org/10.1039/C5CS00362H.

10. Wang X., Zhao J., Chen M., Ma L., Zhao X., Dang Z.-M., Wang Z. Improved self-healing of polyethylene/carbon black nanocomposites by their shape memory effect // J. Phys. Chem. B. 2013. V. 117. P. 1467−1474. https://doi.org/10.1021/jp3098796.

11. Cheng X., Bao C., Wang X., Zhang F., Dong W. Soft surface electrode based on PDMS-CB conductive polymer for electrocardiogram recordings // Appl. Phys. A. 2019. V. 125. ID 876. https://doi.org/10.1007/s00339-019-3124-5.

12. Gómez I. J., Sulleiro M. V., Mantione D., Alegret N. Carbon nanomaterials embedded in conductive polymers: A state of the art // Polymers. 2021. V. 13. N 5. ID 745. https://doi.org/10.3390/polym13050745.

13. Paszkiewicz S., Szymczyk A., Zubkiewicz A., Subocz J., Stanik R., Szczepaniak J. Enhanced functional properties of low-density polyethylene nanocomposites containing hybrid fillers of multi-walled carbon nanotubes and nano carbon black // Polymers. 2020. V. 12. N 6. ID 1356. https://doi.org/10.3390/polym12061356.

14. Zaccone M., Frache A., Torre L., Armentano I., Monti M.. Effect of filler morphology on the electrical and thermal conductivity of PP/ carbon−based nanocomposites // J. Compos. Sci. 2021. V. 5. N 8. ID 196; https://doi.org/10.3390/jcs5080196.

15. Zhang Q., Wang J., Zhang B.-Y., Guo B.-H., Yu J., Guo Z.-X. Improved electrical conductivity of polymer/carbon black composites by simultaneous dispersion and interaction-induced network assembly // Compos. Sci. Technol. 2019. V. 179. P. 106−114. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2019.05.008.

16. Yang J., Liang J. A modified model of electrical conduction for carbon black–polymer composites // Polym. Int. 2010. V. 60. P. 738−742. https://doi.org/10.1002/pi.3002.

17. Аллахвердиева Х.В. Физико-механические свойства нанокомпозитов на основе технического углерода и полиолефинов // Материаловедение. 2022. №6. С. 42−48. https://doi.org/10.31044/1684-579X-2022-0-6-42-48.

18. Gao J. Fabrication of conductive polymer composites and their applications in sensors // Polymer Nanocomposite Materials. 2021. P. 21–52. https://doi.org/10.1002/9783527826490.ch2.

19. Калистратова Л.Ф., Егорова В.А. Упорядочение аморфной фазы как одна из характеристик надмолекулярной структуры аморфно-кристаллического полимера // Материаловедение. 2019. №1. С. 3−5. [Kalistratova L. F., Egorova V. A. Ordering of the amorphous phase as one of the characteristics of supramolecular structure of amorphous-crystalline polymer // Inorg. Mater. Appl. Res. 2019. V. 10. P. 933–938. https://doi.org/10.1134/S2075113319040208].

20. Njuguna J., Pielichowski K., Desai S. Nanofiller-reinforced polymer nanocomposites // Polym. Adv. Technol. 2008. V. 19. N 8. P. 947−959. https://doi.org/10.1002/pat.1074.

21. Kryszewski M. On the influence of interfacial effects on the properties of filled polymers and blends // Acta Polym. 2003. V. 39. N1‒2. P. 37–41. https://doi.org/10.1002/actp.1988.010390108.