Одержання мідьнаповнених поліетиленових композитів
Автор: Нікітчук Олена Геннадіївна
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Хімічні технології та інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Полімери і метали завдяки характерним для кожного матеріалу ізоляційним і електропровідним властивостям знаходять використання в різних галузях застосування. Створення металонаповнених полімерних композитів є перспективним і цікавим, оскільки дозволяє поєднати в одному матеріалі компоненти з діаметрально протилежними властивостями. При цьому, при правильному поєднанні компонентів під час одержання композиційного матеріалу можна одержати новий матеріал. Такий композиційний матеріал буде поєднувати позитивні властивості складових компонентів, що дозволить використовувати його для створення нових високотехнологічних виробів і впровадити в нові сфери застосування. Відома велика кількість металонаповнених полімерних композитів, які відрізняються, як полімерною матрицею, так і металом наповнювачем. Полімерною матрицею можуть бути, як термореактивні смоли [1, 2], так і термопластичні полімери [3]. Металевими наповнювачами в переважній більшості досліджень виступають мідь, алюміній, олово, нікель, хоча і не обмежуються лише ними [4-6]. Властивості металонаповнених полімерних композитів залежать не лише від типу використаної матриці і наповнювача. Суттєвий вплив на властивості має також форма металевого наповнювача і метод одержання композиту [7]. При цьому основним завданням є забезпечення рівномірного розподілу металевого наповнювача в полімерній матриці, а також формування або безпосереднього контакту між частинками наповнювача або утворення структур при яких можливий інший механізм провідності [8]. Таким чином, процес одержання металонаповнених полімерних композитів з необхідними властивостями не обмежується лише вибором полімерної матриці і металевого наповнювача. Необхідно врахувати і інші фактори, що впливають на властивості кінцевого композиту і що необхідно враховувати при розробці технології одержання таких матеріалів. В магістерській кваліфікаційній роботі використана технологія одержання металонаповнених композитів, що включає активацію полімерної поверхні, її металізацію і переробку металізованої полімерної сировини у вироби. Таким чином, дана технологія є трьох стадійною. Перша стадія включає одержання активованої полімерної сировини. Активація полімерної поверхні відбувається в результаті спільної обробки гранул полімеру і дрібнодисперсного металу-активатора в кульовому млині [9]. Така обробка забезпечує фіксацію металу активатора на поверхні гранул полімеру, що є необхідним для другої стадії процесу – металізації. Металізація активованих гранул полімеру відбувається в розчинах хімічного осадження основним компонентом яких є сульфат міді. Використання таких розчинів забезпечує швидку і якісну металізацію поверхні з одержанням полімерних гранул рівномірно покритих шаром металу [10]. Заключним етапом є переробка металізованої полімерної сировини з одержанням металонаповнених виробів. Об’єкт дослідження: мідний шар сформований на поліетиленових гранулах в результаті відновлення іонів міді на активованій цинком полімерній поверхні. Предмет дослідження: дослідження особливостей формування мідного шару на поліетиленових гранулах в різних розчинах хімічного осадження, дослідження структури і морфології мідного покриття, розрахунок характеристик мідної оболонки і аналіз процесів її руйнування. Мета дослідження: дослідження закономірностей відновлення іонів міді на активованій цинком поліетиленовій поверхні в різних розчинах хімічного осадження, дослідження структури і морфології мідного покриття. Результати експериментальних досліджень одержані з використанням сучасних методів досліджень та рядом розроблених методик. В роботі використано технологію одержання мідної оболонки на поверхні активованих поліетиленових гранул. Наведено характеристики використаних речовин та методики проведення експериментів. Проведено дослідження з встановлення впливу природи і кількості використаного стабілізатора розчину хімічного осадження на закономірності відновлення іонів міді на активованій поліетиленовій поверхні. Встановлено, що природа стабілізатора суттєво впливає на кінетичні закономірності відновлення іонів міді, а саме, на індукційний період і швидкість реакції відновлення іонів міді. Досліджено структуру і морфологію одержаного на активованих поліетиленових гранулах мідного покриття. Показано, що природа використаного стабілізатора розчину хімічного осадження і швидкість формування мідного шару на полетиленовій гранулі не впливають на структуру мідного покриття. А морфологію покриття можна суттєво змінювати кількістю проведених металізації. Проведено розрахунок характеристик мідної оболонки, що формується на активованих гранулах поліетилену в результаті відновлення іонів міді і здійснено спробу аналізу процесів її руйнування. Магістерська кваліфікаційна робота складається з вступу, 4 розділів, висновків і списку використаних літературних джерел, що містять 34 посилання. Матеріал роботи викладено на 73 сторінках друкованого тексту і містить 12 таблиць та 15 рисунків. Ключові слова: металізація, металеве покриття, оболонка, гранула, поліетилен, мідь. Перелік використаних літературних джерел. 1. Misiura, A.I., Mamunya, Ye.P., Kulish, M.P. (2020). Metal-Filled Epoxy Composites: Mechanical Properties and Electrical/Thermal Conductivity. Journal of Macromolecular Science, Part B, 59:2, 121-136. https://doi.org/10.1080/00222348.2019.1695820. 2. Nayak, S.K., Mohanty, D.(2020). Silver nanoparticles decorated ?-alumina as a hybrid filler to fabricate epoxy-based thermal conductive hybrid composite for electronics packaging application. Journal of Adhesion Science and Technology, 34:14, 1507-1525. https://doi.org/10.1080/01694243.2020.1714138. 3. Zaaba, N.F., Ismail, H., Saeed, A.M. (2021). A Review: Metal Filled Thermoplastic Composites. Polymer-Plastics Technology and Materials, 60:10, 1033-1050. https://doi.org/10.1080/25740881.2021.1882489. 4. Al-Attabi, N.Y., Adhikari, R., Cass, P., Bown, M., Gunatillake, P.A., Malherbe, F., Yu, A. (2019). Silver nanowire as an efficient filler for high conductive polyurethane composites. Materials Science and Technology, 35:4, 462-468. https://doi.org/10.1080/02670836.2019.1570441. 5. Berezhnyy, B., Grytsenko, O., Suberlyak, O., Dulebova, L., Fechan, A. (2021). Synergistic effects during the obtaining of polyvinylpyrrolidone nickel-filled copolymers. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 716:1, 50-60. https://doi.org/10.1080/15421406.2020.1859695. 6. Marshall, D.W. (2000). Copper-based Conductive Polymers: A New Concept in Conductive Resins. The Journal of Adhesion, 74:1-4, 301-315. https://doi.org/10.1080/00218460008034533. 7. Huang, Y., Ellingford, C., Bowen, C., McNally, T., Wu, D., Wan, C. (2020). Tailoring the electrical and thermal conductivity of multi-component and multi-phase polymer composites. International Materials Reviews, 65:3, 129-163. https://doi.org/10.1080/09506608.2019.1582180. 8. Tawansi, A., Zidan, H.M. (1991). Tunnelling and Thermally Stimulated Phenomena in Highly Filled PMMA Composites. International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials, 15:2, 77-83. https://doi.org/10.1080/00914039108031524. 9. Kucherenko A., Nikitchuk О., Dulebova L., Moravskyi V. (2021). Activation of polyethylene granules by finely dispersed zinc. Chemistry, technology and application of substances, 4:1, 191-197. https://doi.org/10.23939/ctas2021.01.191. 10. Kucherenko А.N., Mankevych S.О., Kuznetsova М.Ya., Moravskyi V.S. (2020). Peculiarities of metalization of pulled polyethylene. Chemistry, technology and application of substances, 3:2, 140-145. https://doi.org/10.23939/ctas2020.02.140.