Теплові та механічні властивості композитів епоксидної смоли з неокисненим графеном за малого вмісту графену
Thermophysical and mechanical properties of epoxy resin compositions with nonoxidized graphene particles have been investigated. The particles were obtained using the electrochemical method and they had a block structure with a thickness of about 50 nm. The particle concentrations in the composites...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/549 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543919913828353 |
|---|---|
| author | Sigareva, N. V. Gorelov, B. M. Mistchanchuk, O. V. Starokadomsky, D. L. |
| author_facet | Sigareva, N. V. Gorelov, B. M. Mistchanchuk, O. V. Starokadomsky, D. L. |
| author_sort | Sigareva, N. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:02:21Z |
| description | Thermophysical and mechanical properties of epoxy resin compositions with nonoxidized graphene particles have been investigated. The particles were obtained using the electrochemical method and they had a block structure with a thickness of about 50 nm. The particle concentrations in the composites were C = 1.0, 2.0 and 5.0 % for thermophysical studies and 0.1, 0.2, 0.5 and 1.0 % for mechanical measurements.Thermophysical measurements of the composite destruction were performed by method of thermo-programmable desorption with mass spectrometric recording of volatile products in the temperature range 40-800 оС. The main effect of the introduction of unoxidized graphene particles is a sharp increase in the thermal stability of the composite and a decrease in the amount of the released volatile products Qi in the low graphene loading at C ? 1 %. With increasing loading, the value of Qi nonmonotonously reduces with a maximum at C = 2.0 %.Concentration dependences of the amount of the released volatile products and the activation energy of thermodestruction for volatile products were determined. The thermodesorption activation energy Ed for atomic fragments, which was determined from the Wigner-Polanyi equation, reduced. The Ed slightly and nonmonotonously increases with a maximum at C = 2 %. It has been shown that the run of the Ed (С) dependence correlates with the Qi (С) behavior.Models describing growth of thermal stability and variations of mechanical parameters are proposed. Compressive strength and elastic modulus have been measured in the low concentration range at C ? 1 %. It has been found that the parameters nonmonotonously vary with maximum at C = 0.01 %. The absence of correlation between the behavior of mechanical parameters and the thermal stability of graphene composites is related with various reasons. Behavior of mechanical parameters is caused by variation in elastic and conformational deformations of polymer chains upon loading gaphene filler in the polymer. The growth in thermal stability may be attributed to partial removal of heat flux energy at the interface in the electronic subsystem of graphene particles with subsequent lowering vibrational energy of atoms at the interface. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:00Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-549 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-07-22T19:34:00Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5492022-06-29T10:02:21Z Thermal and mechanical properties of nonoxidized graphene – epoxy composites at low graphene loading Тепловые и механические свойства композитов эпоксидной смолы с неокисленным графеном при малом содержании графена Теплові та механічні властивості композитів епоксидної смоли з неокисненим графеном за малого вмісту графену Sigareva, N. V. Gorelov, B. M. Mistchanchuk, O. V. Starokadomsky, D. L. epoxy composite nonoxidized graphene thermal stability mechanical parameters епоксидний композит неокиснений графен хімічна стійкість механічні властивості эпоксидный композит неокисленный графен химическая стойкость механические свойства Thermophysical and mechanical properties of epoxy resin compositions with nonoxidized graphene particles have been investigated. The particles were obtained using the electrochemical method and they had a block structure with a thickness of about 50 nm. The particle concentrations in the composites were C = 1.0, 2.0 and 5.0 % for thermophysical studies and 0.1, 0.2, 0.5 and 1.0 % for mechanical measurements.Thermophysical measurements of the composite destruction were performed by method of thermo-programmable desorption with mass spectrometric recording of volatile products in the temperature range 40-800 оС. The main effect of the introduction of unoxidized graphene particles is a sharp increase in the thermal stability of the composite and a decrease in the amount of the released volatile products Qi in the low graphene loading at C ? 1 %. With increasing loading, the value of Qi nonmonotonously reduces with a maximum at C = 2.0 %.Concentration dependences of the amount of the released volatile products and the activation energy of thermodestruction for volatile products were determined. The thermodesorption activation energy Ed for atomic fragments, which was determined from the Wigner-Polanyi equation, reduced. The Ed slightly and nonmonotonously increases with a maximum at C = 2 %. It has been shown that the run of the Ed (С) dependence correlates with the Qi (С) behavior.Models describing growth of thermal stability and variations of mechanical parameters are proposed. Compressive strength and elastic modulus have been measured in the low concentration range at C ? 1 %. It has been found that the parameters nonmonotonously vary with maximum at C = 0.01 %. The absence of correlation between the behavior of mechanical parameters and the thermal stability of graphene composites is related with various reasons. Behavior of mechanical parameters is caused by variation in elastic and conformational deformations of polymer chains upon loading gaphene filler in the polymer. The growth in thermal stability may be attributed to partial removal of heat flux energy at the interface in the electronic subsystem of graphene particles with subsequent lowering vibrational energy of atoms at the interface. Исследованы теплофизические и механические свойства композитов эпоксиднй смолы с неокисленными графеновыми частицами. Частицы синтезировали электрохимическим методом и имели блочную структуру толщиной примерно 50 нм. Содержание графена в композитах составляло С = 1.0, 2.0 и 5.0 % для теплофизических исследований и 0.01, 0.1, 0.5, 1.0 % для механических экспериментов.Теплофизические исследования деструкции композитов выполнены методом термопрограммированной десорбции з мас-спектрометрической регистрацией летучих продуктов в интервале температур 40–800 °С. Основным эффектом введенния неокисленных графеновых частиц является резкое повышение термической стабильности композита и понижение количества десорбированных летучих продуктов Qi при малом содержания графена, когда С ? 1.0 %. С увеличением концентрации наполнителя, значение Qi немонотонно уменьшается и имеет максимум при C = 2.0 %.Были определены концентрационные зависимости количества выделенных продуктов термодесорбции и их энергии активации десорбции Ed. Энергия активации десорбции Ed для атомных фрагментов, полученная из расчетов по формуле Вигнера – Поляни, уменьшается. Значение Ed незначительно и немонотонно увеличивается, и имеет максимум при концентрации графена C = 2 %. Показано, что зависимость Ed (С) коррелирует с изменением Qi (С).Предложены модели, описывающие поведение теплофизических и механических параметров. Предел прочности на сжатие и модули упрогости определены для эпоксикомпозитов с содержанием графена не более 1 %. Обнаружено, что параметры немонотонно изменяются с максимумом при C = 0.01 %. Отсутствие корреляции между поведением механических параметров и термической стойкости графеновых композитов связано с многими причинами. Изменение механических параметров обусловлено вариацией эластичных и конформационных деформаций полимерных цепей от содержания графенового наполнителя в полимере. Увеличение термостабильности обусловлено частичным перераспределением теплового потока на межфазной поверхности электронной подсистемой графена с дальнейшим снижением энергии колебаний атомов на границе раздела фаз. Досліджено теплофізичні та механічні властивості композитів епоксидної смоли з неокисненими графеновими частинками. Частинки були отримані електрохімічним методом та мають структуру блоків завтовшки біля 50 нм. Концентрація частинок у композитах становила С = 1.0, 2.0 і 5.0 % для теплофізичних досліджень та 0.01, 0.1, 0.5 і 1.0 % для механічних експериментів.Теплофізичні виміри деструкції композитів виконані методом термопрограмованої десорбції з мас-спектрометричною реєстрацією летких продуктів в інтервалі температур 40–800 °С. Основним ефектом введення неокиснених графенових частинок є різке збільшення термічної стійкості композиту та зменшення кількості виділених продуктів деструкції Qi при малому вмісті графену C ? 1 %. Зі збільшенням концентрації наповнення, значення Qi немонотонно зменшується та має максимум при C = 2.0 %.Були визначені концентраційні залежності кількості виділенних продуктів терморозкладання та їхньої енергії активації десорбціїї. Енергія активації десорбції Ed для атомних фрагментів, розрахована за формулою Вігнера – Поляні, зменшується. Значення Ed неістотно та немонотонно зростає та має максимум при концентрації графену C = 2 %. Показано, що залежність Ed (С) корелює зі зміною Qi (С).Запропоновані моделі, які описують поведінку теплофізичних та механічних параметрів. Межа міцності на стискання та модулі пружності визначені для епоксикомпозитів з вмістом графену не більше 1%. Виявлено, що параметри немонотонно змінюються з максимумом при C = 0.01 %. Відсутність кореляції між поведінкою механічних параметрів і термічною стійкістю графенових композитів пов’язана з багатьма причинами. Зміна механічних параметрів зумовлена варіацією еластичних та конформаційних деформацій полімерних ланцюгів від вмісту графенового наповнювача в полімері. Зростання термостабільності зумовлено частковим перерозподілом теплового потоку на міжфазній поверхні електронною підсистемою графену з подальшим зниженням енергії коливань атомів на межі поділу фаз. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-09-01 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/549 10.15407/hftp11.03.291 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 3 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 291-303 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 3 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 291-303 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 3 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 291-303 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.03 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/549/552 Copyright (c) 2020 N. V. Sigareva, B. M. Gorelov, O. V. Mistchanchuk, D. L. Starokadomsky |
| spellingShingle | епоксидний композит неокиснений графен хімічна стійкість механічні властивості Sigareva, N. V. Gorelov, B. M. Mistchanchuk, O. V. Starokadomsky, D. L. Теплові та механічні властивості композитів епоксидної смоли з неокисненим графеном за малого вмісту графену |
| title | Теплові та механічні властивості композитів епоксидної смоли з неокисненим графеном за малого вмісту графену |
| title_alt | Thermal and mechanical properties of nonoxidized graphene – epoxy composites at low graphene loading Тепловые и механические свойства композитов эпоксидной смолы с неокисленным графеном при малом содержании графена |
| title_full | Теплові та механічні властивості композитів епоксидної смоли з неокисненим графеном за малого вмісту графену |
| title_fullStr | Теплові та механічні властивості композитів епоксидної смоли з неокисненим графеном за малого вмісту графену |
| title_full_unstemmed | Теплові та механічні властивості композитів епоксидної смоли з неокисненим графеном за малого вмісту графену |
| title_short | Теплові та механічні властивості композитів епоксидної смоли з неокисненим графеном за малого вмісту графену |
| title_sort | теплові та механічні властивості композитів епоксидної смоли з неокисненим графеном за малого вмісту графену |
| topic | епоксидний композит неокиснений графен хімічна стійкість механічні властивості |
| topic_facet | epoxy composite nonoxidized graphene thermal stability mechanical parameters епоксидний композит неокиснений графен хімічна стійкість механічні властивості эпоксидный композит неокисленный графен химическая стойкость механические свойства |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/549 |
| work_keys_str_mv | AT sigarevanv thermalandmechanicalpropertiesofnonoxidizedgrapheneepoxycompositesatlowgrapheneloading AT gorelovbm thermalandmechanicalpropertiesofnonoxidizedgrapheneepoxycompositesatlowgrapheneloading AT mistchanchukov thermalandmechanicalpropertiesofnonoxidizedgrapheneepoxycompositesatlowgrapheneloading AT starokadomskydl thermalandmechanicalpropertiesofnonoxidizedgrapheneepoxycompositesatlowgrapheneloading AT sigarevanv teplovyeimehaničeskiesvojstvakompozitovépoksidnojsmolysneokislennymgrafenomprimalomsoderžaniigrafena AT gorelovbm teplovyeimehaničeskiesvojstvakompozitovépoksidnojsmolysneokislennymgrafenomprimalomsoderžaniigrafena AT mistchanchukov teplovyeimehaničeskiesvojstvakompozitovépoksidnojsmolysneokislennymgrafenomprimalomsoderžaniigrafena AT starokadomskydl teplovyeimehaničeskiesvojstvakompozitovépoksidnojsmolysneokislennymgrafenomprimalomsoderžaniigrafena AT sigarevanv teplovítamehaníčnívlastivostíkompozitívepoksidnoísmolizneokisnenimgrafenomzamalogovmístugrafenu AT gorelovbm teplovítamehaníčnívlastivostíkompozitívepoksidnoísmolizneokisnenimgrafenomzamalogovmístugrafenu AT mistchanchukov teplovítamehaníčnívlastivostíkompozitívepoksidnoísmolizneokisnenimgrafenomzamalogovmístugrafenu AT starokadomskydl teplovítamehaníčnívlastivostíkompozitívepoksidnoísmolizneokisnenimgrafenomzamalogovmístugrafenu |