Теплопроводность полипропилена: Теплопроводность труб — описание и характеристики

Содержание

Полипропиленовые трубы и фитинги для напорных трубопроводов / Статьи / Информация / ССМ-Казань

МАТЕРИАЛ

Одним из самых крупных событий мирового значения в области развития техники пластмасс является изобретение высокотемпературного полипропилена «Рандом сополимера» (PPRC — тип 3) и его промышленное освоение. Это легкий и прочный сопополимер, относящийся к разряду термопластов. Он химически стоек к большинству растворителей — как кислотного, так и щелочного типа. Особый интерес представляет тепловая универсальность полипропилена: трубы из него эксплуатируются при температурах от -10°C до +90°C. Кратковременно трубы выдерживают повышение температуры до 100°С. Благодаря эластичности материала, вода в полипропиленовых трубах может замерзать, не разрушая их.

«Рандом сополимер» получен путем модификации структуры полипропилена, то есть добавления в его молекулярную цепь молекулы этилена, что улучшает механические свойства полипропилена (вязкость, эластичность, высокотемпературная прочность).

На сегодня в мире признано, что этот статистический сополимер пропилена наиболее ценен. Он характеризуется наибольшей прочностью и долговечностью при повышенных температурах, что обусловило широкое применение их в бытовых инженерных сетях. Этому способствует и низкая теплопроводность PPRC. Его коэффициент теплопроводности равняется 0,23 Вт/м х °С.
PPRC не наносит вреда окружающей среде. При его обработке и утилизации отходов не образуются экологически вредные вещества. Кроме того, полипропилен пригоден для утилизации без добавления экологически вредных веществ.

Наша фирма для производства труб и фитингов использует только сырье высочайшего качества от известных производителей с мировым именем (HOSTALEN 5216/34 — Германия, BOREALIS RA 130E — Финляндия), потому что отечественное сырье пока еще не удовлетворяет всем современным требованиям.

Основные физико-механические свойства материала PPRC (тип 3)

Наименование	Методика измерений	Величина
Плотность	ГОСТ1 51 39-69 ISO/R 1883	>0,9 г/см3
Температура плавления	ГОСТ 2 1553-76 ISO 3146-19	>146°С
Средний коэффициент линейного теплового расширения	ГОСТ 151 73-70	0,15 мм/м°С
Предел текучести при растяжении	ГОСТ 11 262-80 ISO 527/1A	22-23 Н/мм2
Предел прочности при разрыве	ГОСТ 11 262-80 ISO 527/1A	34-35 Н/мм2
Относительное удлинение при разрыве	ГОСТ 11 262-80 ISO 527/1A	>500%
Теплопроводность	DIN 52 612	0,23> Вт/м°С
Удельная теплоемкость	ГОСТ 23630. 1-79 DSC	Дж/кг°С

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Пластиковые полипропиленовые трубы и фитинги предназначены для внутреннего холодного и горячего водоснабжения, канализации, теплых полов и разводки систем центрального отопления с температурой до +90о. У каждой из этих систем свои особенности, среди которых очень большое значение имеет температура воды и ее давление. Именно эти величины являются определяющими при подборе полипропиленовых труб, так как сильно влияют на их долговечность.

Для холодного водоснабжения (температура транспортируемой среды до +20°С) выпускаются трубы номинальным рабочим давлением 1 МПа — PN10 или 1,6 МПа — PN16; для систем горячего водоснабжения (температура до +75°С) и отопления (температура до +90°C) номинальным давлением 2 МПа — PN20 и 2,5 МПа — PN25 (армированные). Кроме того, выпускаются соединительные детали из полипропилена и комбинированные детали, имеющие в своей конструкции латунную впресованную вставку с наружной или внутренней резьбой, позволяющей легко переходить с полипропилена на металл.

Полипропиленовые трубы также могут использоваться для транспортировки сжатого воздуха и химически агрессивных сред. С каждым годом ширится их применение в оросительных и дренажных системах, благодаря высокой химической устойчивости, ударной вязкости, способности выдерживать повышенное давление и хорошим сварным свойствам.

СРОК СЛУЖБЫ

Расчетная продолжительность срока службы трубопроводов из полипропилена PPRC в системах холодного водоснабжения составляет не менее 50 лет, а в системах горячего водоснабжения и отопления не менее 25-30 лет, и в зависимости от рабочего давления температура носителя может достигать 95°С, а также возможно кратковременное повышение температуры до 100°С.

ПРЕИМУЩЕСТВА СИСТЕМ ИЗ ПОЛИПРОПИЛЕНА

Надежность и долговечность трубопроводных систем напрямую зависит от качества и свойств исходного материала. Полипропилен «Рандом сополимер» PPRC — итог уникальных разработок. В нем удалось сочетать ряд ценных свойств, что сделало этот материал идеальным для создания напорных систем водоснабжения и отопления.

— многолетняя служба и свойства, отвечающие требованиям СниП 2.04.01-85*
В силу особых качеств материала внутренний диаметр труб не уменьшается с течением времени. На поверхности, имеющей непосредственный контакт с водой, не образуется отложений и коррозии.

— сохранение чистоты воды
Материал труб абсолютно нетоксичен и безукоризнен с бактериологической точки зрения. Полипропилен химически стоек и совершенно не влияет на качество транспортируемой воды.

— стойкость к изменяющимся условиям
Полипропилен хорошо выдерживает перепады температуры и давления. Этому способствуют стабилизаторы, введенные в состав материала. Даже если в трубах из PPRC замерзнет вода — они не разрушатся, а лишь незначительно увеличатся в размере и при оттаивании вновь вернутся к прежнему размеру.

— низкие теплопотери PPRC-системы экономичны в эксплуатации. Их теплопроводность значительно ниже, чем у металлических труб, поэтому экономия тепла при транспортировке в полипропиленовых трубах горячей воды составляет от 10 до 20%. по сравнению с металлическими.

— способность гасить шумы и вибрации

— экономия средств
Уникальное соотношение цены и качества достигается во многом благодаря невысокой стоимости труб и фитингов, а также простоте монтажа. Соединительные детали, выполненные из полипропилена значительно дешевле латунных фитингов, зачастую используемых при монтаже других систем. К тому же трубы не требуют покраски.

— экономия времени
Монтаж PPRC-систем требует минимальных затрат времени и усилий. Технология муфтовой сварки позволяет всего за несколько секунд обеспечить долговечное герметичное соединение.

— дешевизна монтажа, погрузки и перевозки
Вес полипропиленового трубопровода в 9 раз меньше веса аналогичного трубопровода, смонтированного из металлических конструкций.

ОСОБЕННОСТИ МОНТАЖА ТРУБОПРОВОДА

Удобный и быстрый монтаж, а также высокое качество соединений является одним из главных преимуществ PPRC-систем. Монтаж трубопроводов из полипропилена выполняется методом диффузионного соединения под действием температуры 260°С, иначе это еще называется раструбная сварка, которая позволяет создать абсолютно прочное гомогенное соединение. Процесс сварки не занимает много времени и состоит всего из трех действий: резка, нагрев, соединение. При этом соединение можно вводить в эксплуатацию сразу же после сварки. А надежность сварных соединений — наиболее высокая по сравнению с другими способами и приближается по прочности к самим трубам.

Резка

Нагрев

Соединение

Технологические операции сварки полипропилена

Диаметр трубы, мм	16	20	25	32	40	50	63	75	90
Расстояние от конца трубы до отметки, мм	14	15	16	18	20	24	26	29	32
Время нагрева, с	5	6	7	8	12	18	24	30	40
Время охлаждения, с	2	2	2	4	4	4	6	6	8

Теплопроводность полипропиленовых труб и другие характеристики

05.06.2019, 1395, 0

Трубы из PP являются одним из самых популярных материалов для организации водопроводной системы, канализации и отопления. Высокий спрос полипропиленовых труб обусловлен большим количеством положительных свойств, которые выигрывают в сравнении с большинством аналогов.

Основные преимущества и недостатки пластиковых труб

В первую очередь нужно понять: полипропилен — что это, как образуется. ПП — термопластичное вещество, имеющее твердую структуру. Изготавливается методом полимеризации (многократное присоединение молекул низкомолекулярных веществ к высокомолекулярному).

Материал обладает массой положительных сторон:

Твердость повышает долговечность и длительность изнашивания.

Высокая термостойкость позволяет использовать трубы для горячего водоснабжения.
Коррозия, влияющая на металлические трубы, не воздействует на пластик.
Солевые отложения и конденсат на полипропиленовых трубах не образуется.
Стойкость к химическим реагентам и естественным явлениям окружающей среды.
Длительность эксплуатации (до 50 лет).

Материал обладает некоторыми недостатками:

Восприимчивость к заморозкам. В зависимости от разновидности полипропилена при температуре от -5 до -15 градусов трубы становятся ломкими и хрупкими.
Неспособность выдерживать температуру выше +100 градусов по Цельсию.
Соединение производится с помощью сварки.
Восприимчивость к возгораниям.

Положительные характеристики нивелируют отрицательные, поэтому материал стремительно набирает популярность, а спектр областей, где он применяется, непрерывно увеличивается.

Разновидности полипропиленовых труб

Изделия из ПП выпускаются в 4 основных цветовых гаммах:

зеленой;
серой;
белой;
черной.

Последний вариант обладает дополнительным слоем, который защищает от ультрафиолетового излучения, увеличивая стойкость материала. В остальном характеристики практически не зависят от цвета.

Неосведомленные пользователи не знают, чем отличаются полипропиленовые трубы для горячей и холодной воды. Трубы из PP делятся на несколько типов по номинальному (рабочему) давлению. Показатель маркируется латинскими буквами PN. Выделяются следующие разновидности:

PN10 имеют небольшое допустимое давление (1 МПа). Чаще всего применяются при сборке для холодного водопровода и системы теплых полов с нагревом не более +45 °C.
PN16 выдерживают до 1,6 МПа. Используются для перекачки холодной и горячей воды. Максимальная температура, которая не портит материал, составляет +60 °C. Данный тип труб применяется крайне редко.
PN20 рассчитаны на давление 2 МПа. Из них собирают трубопровод для горячего водоснабжения, поскольку полипропилен этого типа не искажается при температуре до +80 °C.
PN25 справляется с 2,5 МПа. Имеет наибольшую термостойкость из представленных вариантов, активно используется при транспортировке горячей воды. Также применяется для холодного водоснабжения. Максимальная температура +90 °C. При краткосрочном воздействии материал способен выдержать до +110 °C.

Основное отличие типа PN25 от металлопластиковых труб — армированный слой в полипропилене находится ближе к верхней стороне трубы. Соединение осуществляется без использования клея, а методом перфорации.

Популярностью пользуются полиуретановые трубы, которые применяются в системах с давлением не более 40 атмосфер. Изделия отличаются высокой гибкостью и эластичностью.

Относительно недавно производители начали выпускать новую разновидность пластиковых труб, армированных стекловолокном, которая получила название FIBER. По прочности они вдвое опережают стальные трубы и практически не расширяются под воздействием высокой температуры.

Какие водопроводные трубы лучше выбрать

Определять материал, из которого будут изготовлены трубы, нужно, исходя из характеристик:

отапливаемого помещения;
металлической или пластиковой трубы;
системы водопровода или обогрева.

Специалисты в последние годы чаще отдают предпочтение полимерным трубам, поскольку они легко монтируются и обладают свойствами, которые отлично подходят для использования материала.

Где применяются трубы из полипропилена

Перечень отраслей, в которых используются изделия из этого материала, очень широк:

Бытовое строительство водопроводных и отопительных систем, канализаций и теплых полов.
Промышленные трубопроводы для перекачки воды и химических реагентов.
Агропромышленные системы орошения и обводнения засушливых пастбищ.

Крупные компании, специализирующиеся на производстве полипропиленовых изделий, постоянно разрабатывают новые разновидности труб, смешивая материалы и улучшая характеристики. Благодаря этому сферы деятельности, где можно применять ПП, тоже разрастаются. Длительный период эксплуатации, легкость монтажа и стойкость к внешнему воздействию значительно повышают интерес к продукту.

Полипропиленовые трубы соединяются методом сварки. Длительность нагрева и температура зависит от толщины стенок и диаметра. Отдельные элементы отопительной или водопроводной системы скрепляются с помощью фитингов. Материал PP достаточно гибкий, но в местах изгибов или углах используются специальные тройники и разветвители.

Металлические трубы для отопления

Наибольшей популярностью пользуются изделия из:

нержавеющей стали;
меди;
чугуна.

Последние два варианта постепенно утрачивают свой «незаменимый» статус. Основные преимущества:

устойчивость к огню;
высокая прочность;
безопасность для человека;
незначительная деформация при большой температуре.

Из минусов особенно выделяются: подверженность коррозии и тяжесть материала.

Как соединить полипропиленовые трубы с металлическими

Металлические водопроводные трубы скрепляются с пластиковыми с помощью фитингов:

Муфту от металлической трубы отвинчивают в месте, где предполагается стык. При необходимости ее распиливают.
Резьбу начищают и протирают. Герметизируют ФУМ-лентой или намоткой из пакли.
Фитинг прикручивается руками, чтобы не перетянуть и не допустить деформации элемента.
В завершение пластиковую трубу приваривают к муфте фитинга.

Крупнейшими производителями полипропиленовых труб являются:

Итальянская фирма VALTEC, работающая с 2002 года. Продукция компании отличается высочайшим качеством, на 100% соответствующим мировым стандартам.
TEBO Technics — предприятие из Турции, которое работает на рынке СНГ с 2016 года. Выпускает широкий спектр сантехнической продукции. Инновационные разработки и высочайшее качество вывели бренд на лидирующие позиции в сегменте.
FADO — компания из Италии, имеющая богатый опыт работы и большое количество наименований продукции. Фирма имеет немало патентов и собственных инновационных разработок.
Чешский бренд Wavin Ekoplastik занимает одну из передовых позиций в мире по производству сантехнического оборудования и материалов, включая полипропиленовые трубы.

В «Киевской тепловой компании» можно купить материалы для систем водоснабжения и отопления, а также сопутствующие товары по самым выгодным ценам. Продукция доставляется по всей Украине с помощью партнерских транспортных компаний. Специалисты магазина готовы проконсультировать по любым вопросам в рабочее время. Чтобы эксперты помогли с выбором товара или оформили предзаказ, звоните по телефонам (044) 223-90-02 и (099|068) 777-23-60.

Вспененный полипропилен в различных сферах деятельности

За последние десятилетия рынок звуко- и теплоизоляционных материалов пережил настоящий бум. Появление огромного количества синтетических утеплителей составило серьезную конкуренцию минеральным материалам, нарушив их традиционную монополию в этой отрасли строительства. Одним из распространенных синтетических утеплителей является вспененный полипропилен, который также называют пористым полипропиленом, пенополипропиленом или сокращенно ППП.

Благодаря своей пористой структуре полимер хорошо удерживает тепло, поглощает звук, гасит вибрации и, при этом, имеет малый удельный вес. Вследствие того, что структура пор материала закрытая, он проявляет также и гидроизоляционные свойства. Для повышения водоотталкивающих показателей на листы пенополипропилена могут наноситься некоторые гидрофобные покрытия (фольга, лавсан).

Производство пористого полипропилена

Процесс производства вспененного полипропилена из обычного полипропилена состоит из нескольких этапов:

гранулированный полипропилен смешивают с пластификаторами, антистатическими веществами, антипиренами и другими агентами, в зависимости от того, какими особыми свойствами должен обладать конечный продукт;
одним из добавляемых агентов является толуолсульфонилсемикарбазид, который обеспечивает процесс вспенивания материала при нагреве до 240 градусов Целься;
в результате термической обработки образуются множество небольших шариков, которые затем сплавляются в единую массу под воздействием горячего пара;
окончательную форму материал приобретает в процессе экструзии через специальные щелевые головки;
листы полученного пенополипропилена набирают прочность и твердость в течение двух дней.

Свойства материала

Полученный материал обладает плотностью 40 кг/м3. Коэффициент теплопроводности пенополипропилена составляет 0,0344 Вт/(м3*К), прочность на растяжение – 1,35 МПа, на сжатие – 0,183 МПа.

Пенополипропилен, практически также, как и обычный полипропилен, сохраняет свои технические характеристики в диапазоне рабочих температур от -40 0С до +150 0С. Материал имеет низкую горючесть, а при горении не выделяет токсичных газов. Считается экологически безопасным и допускается к контакту с пищевыми продуктами. Обладает высокими показателями вибро- и теплоизоляции, а также шумопоглощения. Пенополипропилен идеально подходит для обработки ручным инструментом. Прост в монтаже. Срок службы материала составляет не менее 20 лет.

Благодаря закрытопористой структуре вспененный полимер обладает более высокими прочностными показателями, чем обычный полипропилен.

Вследствие низкого удельного веса финансовая экономия при использовании ППП составляет 15% и более. Пористый полипропилен имеет самый низкий коэффициент теплопроводности среди ближайших аналогов. Также материал превосходит своего основного конкурента, пенополиэтилен, по ряду других важнейших характеристик. Он имеет более высокие показатели гидрофобности и меньшую степень тепловой усадки.

Виды и стандартные размеры пенополипропилена

На рынке строительных материалов наряду с обычным вспененным полипропиленом широкое распространение получили композиты, изготовленные на его основе. Одним из самых популярных композиционных материалов считается EPP, который состоит из листов пенополипропилена, покрытых слоями лавсанового волокна или фольги. Иногда в качестве покрытия используется обычный (не вспененный) полипропилен.

Размеры листов EPP отличаются у различных производителей. Материал может поставляться в рулонах шириной 1,2 м и толщиной от 2 до 10 мм. Длина рулона может составлять 15 и 25 метров. Вспененный полипропилен листовой может иметь толщину, достигающую 20 мм при размерах листа 1х1 м, 2х2 м, 1,5х3 м и 1,5х4 м.

В чистом виде пенополипропилен имеет белый молочный цвет. Окрас материала может изменяться при добавлении красителей в процессе производства. Стандартными цветами помимо белого считаются серый, синий и зеленый. При оформлении индивидуального заказа производитель, как правило, изготавливает пористый полипропилен любого оттенка по каталогу RAL.

Применение вспененного полипропилена

Свойства, которыми обладает пенополипропилен, делают этот материал востребованным в различных сферах деятельности. Основными направлениями его применения являются:

наружное утепление стен существующих жилых и офисных зданий;
материал может применяться в качестве утеплителя сэндвич-панелей и внутристеновых кассет ограждающих конструкций промышленных зданий и сооружений;
используется в качестве шумопоглощающего наполнителя внутренних стен и перегородок;
благодаря высокой степени гидрофобности материал успешно применяется как гидро- и теплоизоляция в помещениях с высокой степенью влажности и резкой сменой температур: в банях, саунах, парилках, душевых;
используется в качестве виброизоляционного слоя при устройстве пола, в том числе применяется в конструкциях теплых полов;
применяется для шумоизоляции автомобилей;
композиты на основе вспененного полипропилена используются для наполнения фильтров водопроводных очистных сооружений;
из пенополипропилена изготавливают различные виды упаковочной тары;
фольгированный полипропилен применяется для производства контейнеров-термосов и боксов для транспортировки медицинских препаратов в ампулах, колбах, пробирках;
EPP используется как амортизирующая прокладка для велосипедных и мотоциклетных шлемов.

На рынке материалов представлен пористый полипропилен как отечественного, так и импортного производства. Продукция отечественных производителей отличается более низкой стоимостью при достаточно высоком качестве. При этом более дорогие зарубежные материалы имеют очень широкий ассортимент по цветам, толщинам и размерам листов.

Познакомится с еще одним синтетическим полимером – пластиком АБС – можно в этой статье.

Физико-механические свойства PP

Общие свойства полипропилена

В соответствии с DIN 8078, ч. 3, различаются следующие типы полипропилена:
Тип 1:PP-H (гомополимер)
Тип 2:PP-B (блок-сополимер)
Тип 3:PP-R (не структурированный полимер)

В результате сополимеризации с этиленом полипропилен типа 2 и типа 3 приобрел специальные свойства, которые позволили улучшить технологичность процесса изготовления изделий (например, добиться более низкой усадки), а также более высокой твердости по сравнению с PP-H.

Физиологически не токсичен.

По своему составу материал полипропилен допускается к применению в пищевой промышленности (В соответствии с QNORM B 5014, Часть 1, BGA, KTW Руководящие принципы).

AGRU трубы, листы и круглые бруски производятся из PP-H начиная с середины семидесятых годов.
Фитинги производятся из PP-R начиная с конца семидесятых.
Оба типа были стабилизированы против высоких температур и являются лучшими материалами для производства напорных трубопроводных систем.

По сравнению с другими термопластиками типа PE-HD и PVC, PP показывает тепловую стабильность до 100°C
(кратковременно-разовую до 120°C для систем с меньшим давлением).

PP показывает хорошую ударную прочность по сравнению c PVC.

Ударная прочность зависит от температуры, увеличиваясь при повышении температуры, и уменьшаясь при понижении температуры.

Преимущества полипропилена:

Малый удельный вес 0,91г/см3
Высокое сопротивление пластической деформации
Превосходное химическое сопротивление
Пигментация двуокисью титана
Высокое сопротивление старению за счет тепловой стабилизации
Легко сваривается
Превосходное сопротивление трению
Гладкая внутренняя поверхность труб, поэтому никакие отложения и наросты не образуются
Из-за малого фрикционного сопротивления меньше потерь давления по сравнению с металлами
Не электропроводный, поэтому структура не изменяется при воздействии электричества
Очень технологичен при изготовлении изделий
PP имеет очень низкую теплопроводность, поэтому в большинстве случаев не требуется дополнительная теплоизоляция для теплопроводных трубных систем.

Поведение в радиоактивном излучении.

В общем случае РР не устойчив к длительному воздействию радиации высоких энергий. Устойчивость к кратковременному воздействию радиации высоких энергий обусловлена наличием пересекающихся связей молекулярной структуры. Но при длительном воздействии радиации эти связи разрываются и поэтому сопротивление материала радиации существенно уменьшается. Поэтому необходимо ограничить время воздействия радиации, и это время определяется экспериментально. При дозе радиации < 10 4 Рентген системы трубопровода из полипропилена могут применяться без существенного уменьшения сопротивления.

Поведение в УФ-радиации.

Трубопроводы из серого полипропилена не устойчивы к УФ облучению, так что они должны быть соответственно защищены. Эффективную защиту против прямой солнечной радиации обеспечивает специальное AGRU-покрытие или изоляция. Кроме того, компенсировать повреждение поверхности можно соответствующим увеличением толщины стенки, поскольку повреждение происходит только на поверхности. Увеличение толщины стенки должно быть не менее 2 мм. Поскольку полипропилен обычно не содержит устойчивых цветовых пигментов, это может вызвать изменение цвета при длительном воздействии погодных факторов. Как альтернатива, может быть использован черный PE-HD, имеющий высокое температурное сопротивление. Конкретные условия применения должны быть согласованы с техническим отделом.

Общие свойства модифицированного РР

В соответствии с более высокими требованиями, предъявляемыми к конструкциям систем трубопроводов для химической промышленности, были разработаны новые типы полипропилена — пожаробезопасные (замедляющие горение) и электропроводные.
При движении потока жидкости или пыли в термопластических системах трубопроводов может возникать электростатический заряд. Для борьбы с этим были разработаны электропроводные типы полипропилена, которые позволяют осуществить заземление трубопровода. Однако, при этом изменились некоторые механические, термические и химические свойства, поэтому варианты конкретного применения желательно согласовывать с нашим техническим отделом.

Физиологические свойства

Модифицированные типы РР (электропроводные и замедляющие горение) имеют в своем составе добавки, не соответствующие требованиям, предъявляемым к материалам, используемым в пищевой промышленности. Поэтому они не должны применяться для трубопроводов питьевой воды и в контакте с пищевыми продуктами.

Отличия от стандартных типов PP

PP-R, черный:

( Полипропилен-случайный-сополимер, черного цвета)
Существенное преимущество материала этого типа — высокая стойкость против УФ-облучения, которая не доступна серым PP. Однако, имеется незначительное уменьшение механической прочности.

PP-R, естественный:

(Полипропилен-случайный-сополимер, естественного цвета) Так как PP-R естественный не содержит никаких красящих добавок, он применяется главным образом для систем трубопроводов воды высокой чистоты. Однако, этот материал не стойкий к УФ-облучению.

PP-R и медь:

При прямом контакте с медью физические свойства PP-R ухудшаются, особенно в условиях высоких температур. Из-за ускоренного теплового окисления, старение материала при высокой температуре происходит быстрее.

PP-H-s:

(Полипропилен-гомополимер, замедляющий горение)
Из-за более высокой жесткости PP-H-s этот материал хорошо удовлетворяет требованиям для трубопроводов вентиляции, дегазации и дымоудаления. Однако, его нельзя использовать на открытом воздухе) из-за отсутствия УФ-стабилизации.

PP-R-el:

(Полипропилен-случайный-сополимер, электропроводный)
Этот материал используется, если требуется заземление системы трубопровода. Из-за высокого содержания углерода он имеет черный цвет, и поэтому — высокое УФ-сопрротивление, но показывает уменьшенную механическую прочность и малый модуль пластической деформации.

PP-R-s-el:
(Полипропилен-случайный-сополимер, электропроводный, замедляющий горение) Этот материал обладает положительными свойствами пожаробезопасных и электропроводных типов РР. Поэтому из-за соображений безопасности он применяется, главным образом, для транспортировки легких горючих сред и часто заменяет дорогую качественную сталь и ковкий чугун. Однако наблюдается уменьшенная механическая прочность PP-R-s-el, а также несколько измененное химическое сопротивление.

Таблица характеристик и свойств полипропилена

все о выборе и укладке

Особенности утеплителей на основе полипропилена

Синтетические материалы стали достойными конкурентами минеральных утеплителей на рынке изделий для теплоизоляции. Полипропилен занимает вторую позицию среди полимеров по объему использования в различных отраслях. Материал характеризуется высокой прочностью и износостойкостью, не меняет форму при воздействии высокой температуры и пара.

Полипропилен (ПП) — физические свойства и характеристики

ПП — пластичный полимер, обладающий стойкостью к агрессивным химическим веществам, гибкостью и низкой паропроницаемостью.

Изделия из полипропилена изготавливают 5 основными способами:

литье под давлением;
экструзия;
ротационное формование;
выдув;
вспенивание.

Материал, полученный путем вспенивания гранул полимера, нашел широкое применение в тепло, паро и звукоизоляции строительных конструкций и трубопроводов. Для придания ему особых свойств в гранулы ПП добавляют пластификаторы, антипирены, антистатические и другие вещества. Пористый или пенополипропилен (ППП) формуется в процессе экструзии.

Свойства утеплителей на основе ППП

Вспененный полипропилен отличается наименьшим коэффициентом теплопроводности в своем классе. Газонаполненный полимер получил плотность 40 кг/м3, его закрытые поры обеспечивают влагостойкость и высокую прочность. Упругий материал не деформируется в процессе эксплуатации. Он относится к изделиям с низкой горючестью, в процессе горения не выделяет опасных токсичных газов.

Синтетический утеплитель экологичен и безопасен для здоровья, допускается контакт полипропилена с пищевыми продуктами.

Ячеистая структура способствует поглощению звука и вибрации, использование ППП рекомендуется при шумоизоляции зданий. Чтобы усилить свойства утеплителя, его ламинируют фольгой или лавсановыми нитями. Композитные изделия могут покрываться не вспененным полипропиленом. Самый известный материал с лавсановым и фольгированным покрытием EPP. Он выпускается в форме рулонов по 15, 25 м толщина полотна от 2 до 10 мм. Размер листов составляет 1×1, 2×2 м, толщина — до 20 мм. Утеплитель легко режется и прост в монтаже.

Технические характеристики пенополипропилена

коэффициент теплопроводности — 0,034 Вт/м*К;
тепловая усадка — 3%;
водопоглощение — 0,74%;
плотность — 40 кг/м3;
прочность на сжатие — 0,183 МПа;
рабочая температура — от −40º C до +150º C;
срок эксплуатации — 20 лет.

Сферы применения теплоизоляции на основе ПП

Основные характеристики материала: низкая теплопроводность, звукопоглощение, устойчивость к влаге и гниению, определили область его использования.

Утеплители из полипропилена используются для изоляции кровли, стен, пола, лоджий и балконов, а также трубопроводов и магистралей отопления.

Они не требуют монтажа дополнительной гидро и пароизоляции. EPP применяется для изготовления термоконтейнеров, используемых в быту и при транспортировке медицинских препаратов, чувствительных к изменению температуры.

Вспененный полипропилен с фольгированным покрытием широко применяется в помещениях с высокой влажностью и резкой сменой температуры. Одной из популярных марок является «Пенотерм», разработанный для изоляции бань и саун. Отражающий слой утеплителя препятствует выходу инфракрасных волн и сокращает время разогрева парной в 3 раза. Его теплоизоляционные характеристики и влагостойкость выше, чем у аналогичных материалов на основе полиэтилена.

Пористый утеплитель используется для создания звукоизолирующего слоя перегородок и внутренних стен. Материал с лавсановым покрытием востребован в качестве подложки при монтаже системы «теплого пола».

remontami.ru

Вспененный полипропилен в различных сферах деятельности

За последние десятилетия рынок звуко- и теплоизоляционных материалов пережил настоящий бум. Появление огромного количества синтетических утеплителей составило серьезную конкуренцию минеральным материалам, нарушив их традиционную монополию в этой отрасли строительства. Одним из распространенных синтетических утеплителей является вспененный полипропилен, который также называют пористым полипропиленом, пенополипропиленом или сокращенно ППП.

Благодаря своей пористой структуре полимер хорошо удерживает тепло, поглощает звук, гасит вибрации и, при этом, имеет малый удельный вес. Вследствие того, что структура пор материала закрытая, он проявляет также и гидроизоляционные свойства. Для повышения водоотталкивающих показателей на листы пенополипропилена могут наноситься некоторые гидрофобные покрытия (фольга, лавсан).

Производство пористого полипропилена

Процесс производства вспененного полипропилена из обычного полипропилена состоит из нескольких этапов:

гранулированный полипропилен смешивают с пластификаторами, антистатическими веществами, антипиренами и другими агентами, в зависимости от того, какими особыми свойствами должен обладать конечный продукт;
одним из добавляемых агентов является толуолсульфонилсемикарбазид, который обеспечивает процесс вспенивания материала при нагреве до 240 градусов Целься;
в результате термической обработки образуются множество небольших шариков, которые затем сплавляются в единую массу под воздействием горячего пара;
окончательную форму материал приобретает в процессе экструзии через специальные щелевые головки;
листы полученного пенополипропилена набирают прочность и твердость в течение двух дней.

Свойства материала

Виды и стандартные размеры пенополипропилена

Применение вспененного полипропилена

Свойства, которыми обладает пенополипропилен, делают этот материал востребованным в различных сферах деятельности. Основными направлениями его применения являются:

наружное утепление стен существующих жилых и офисных зданий;
материал может применяться в качестве утеплителя сэндвич-панелей и внутристеновых кассет ограждающих конструкций промышленных зданий и сооружений;
используется в качестве шумопоглощающего наполнителя внутренних стен и перегородок;
благодаря высокой степени гидрофобности материал успешно применяется как гидро- и теплоизоляция в помещениях с высокой степенью влажности и резкой сменой температур: в банях, саунах, парилках, душевых;
используется в качестве виброизоляционного слоя при устройстве пола, в том числе применяется в конструкциях теплых полов;
применяется для шумоизоляции автомобилей;
композиты на основе вспененного полипропилена используются для наполнения фильтров водопроводных очистных сооружений;
из пенополипропилена изготавливают различные виды упаковочной тары;
фольгированный полипропилен применяется для производства контейнеров-термосов и боксов для транспортировки медицинских препаратов в ампулах, колбах, пробирках;
EPP используется как амортизирующая прокладка для велосипедных и мотоциклетных шлемов.

Познакомится с еще одним синтетическим полимером – пластиком АБС – можно в этой статье.

polimerinfo.com

Утепление полипропиленовых труб ГВС. Характеристики и советы

Пластиковые трубы для бытовых систем горячего и холодного водоснабжения в зданиях используются в течение многих лет и стали доминирующим материалом при строительстве жилых помещений. Теплоизоляцию полипропиленовых труб ГВС необходимо выполнять сразу после монтажа, до того, как они будут «зашиты» в стены. Это уменьшит снижение температуры на участках внутренней и наружной разводки.

Согласно статистическим данным, в настоящее время, в 75% систем питьевого трубопровода в новом жилом фонде выполнено из пластиковых трубопроводных систем, и эта цифра увеличивается с каждым годом.

В каких местах нужно утеплять полипропиленовые трубы

По сравнению с металлическими трубопроводными системами пластмассовые имеют значительные преимущества, что приводит к более низкой теплопередаче между жидкостью и окружающим воздухом. Утепление полипропиленовых труб поможет избежать теплопотери и, соответственно, остывание горячей воды на 15-20%. К примеру, у вспененного полиэтилена коэффициент теплопроводности составляет 0,036 Вт/мК, а полипропиленовой – 0,027 Вт/мК. Разница очевидна – 25% тепла можно сэкономить при использовании данного материала.

Изоляции подлежат все пластиковые трубы, начиная от подвального помещения, до внутренней разводки внутри помещения. Если Вы проживаете в многоэтажном доме с техническим этажом (чердаком), то там изоляция также будет необходима.

Теплопотери в каждом помещении будут различные, так как это все зависит напрямую от температуры воздуха. В подвале понадобится максимальная изоляция. На цокольном этаже, лестничных пролетах и чердачных помещениях — утепление будет более тонким и из различных веществ.

Как выполнить теплоизоляцию полипропиленовых труб

Утеплитель для труб может быть различной формы и исполнения: намотанный, приклеенный, в виде скорлупы — овальной формы и т.д. Существует широкий спектр изоляционных материалов, облицовок и вспомогательных утеплительных соединений, доступных для использования в системах горячего водоснабжения.

Список постоянно меняется по мере разработки новых синтетических материалов или способов их нанесения. Например, последним нововведением в теплотехнике является использование антифриза в качестве теплоносителя для замкнутых систем. Рассматривать какого-либо конкретного производителя утеплителей не имеет смысла, необходимо обратить внимание на типы используемых материалов.

Изоляционные материалы

Ниже приведен список наиболее часто используемых материалов для утепления труб ГВС, а также описание их основных характеристик. Для получения конкретной информации по каждому типу изоляции, посетите каталог статей на нашем сайте. Все изоляционные материалы можно разделить на 5 основных типов:

Сотовая изоляция состоит из небольших отдельных клеток, которые либо соединяются, либо герметизируются друг от друга, образуя клеточную структуру. Основой для таких утеплителей является стекло, пластмасса или каучук, а далее используются различные пенообразователи. Клеточная структура дополнительно классифицируется на 2 подтипа: как открытая клетка (ячейки соединяются) или закрытая (запечатанные друг от друга). Как правило, материалы, содержащие более 80% воздуха и являются сотовой изоляцией.
Волокнистая изоляция – состоит из волокон различных материалов малого диаметра, среди которых задерживается большое количество воздуха. Волокна могут быть органическими или неорганическими, как правило, удерживаются вместе связующим агентом. Типичные неорганические волокна включают стекло, каменную вату, шлаковую вату и оксид алюминия. Фиброзная изоляция делится шерстяную или текстильную. Текстильная состоит из тканых и нетканых волокон и нитей. Волокна и нити бывают натуральными или синтетическими. В основном, это композитные плиты или рулоны, не удобные для обмотки труб, однако очень эффективно изолирующие, в комплекте с отражающими пленками.
Изоляция из хлопьев состоит из мелких частиц, напоминающих по своей структуре неровные листья, которые разделяют окружающее воздушное пространство и легко формуются в определенную форму. Эти хлопья могут быть соединены вместе клеящей основой или засыпатьсяв необходимые формы или чехлы без скрепляющих элементов. Вермикулит, или расширенная слюда, представляет собой чешуйчатую изоляцию.
Гранулированная изоляция состоит из небольших фракций круглой формы различного диаметра, которые содержат пустоты или являются полностью заполненными. Эти материалы иногда путают с утеплителем с открытыми ячейками, так как конечный склеенный продукт имеет схожий внешний вид с вспененными утеплителями. Силикат кальция и формованные перлитовые изоляторы считаются гранулированными материалами для утепления.
Светоотражающая изоляция позволяет уменьшать длинноволновое излучение, которое исходит от труб, тем самым уменьшая радианный теплообмен, исходящий от поверхности. Некоторые отражающие системы изоляции состоят из нескольких параллельных тонких листов или поочередных слоев, что позволяет свести к минимуму конвективную теплопередачу. Вспененный полиэтилен с тонкой алюминиевой пленкой (пенофол фольги) является основным и очень ярким примером светоотражающей изоляции.

В заключение рассмотрим один новый утеплительный состав, быстро набирающий обороты и повышая свои продажи в сфере строительных материалов. Теплоизоляционные покрытия или краски, широко применяются для использования на трубах, каналах и резервуарах. В настоящее время эти краски не были тщательно протестированы, судить о конечном эффекте пока рано. Доступная информация исходит только от производителей, без каких либо лабораторных исследований или мнений независимых экспертов.

Возможные нюансы

Основными недостатками всех утеплительных материалов для горячего водоснабжения являются:

Высокая огнеопасность.
Низкая температура плавления.
Сложность монтажа.
Хрупкость.
Отсутствие возможности быстрого доступа для ремонта.
Увеличение веса и необходимость установки дополнительных опор или подвесных креплений.

uteplix.com

Вспененный полипропилен

Вспененный полипропилен (ерр) – прочный листовой синтетический материал, обладающий высокими шумо- и теплоизоляционными свойствами и небольшим удельным весом. Это связано со спецификой его структуры: средний слой листа представляет собой многочисленные закрытые ячейки, плотно прилегающие друг к другу.

Производство пенополипропилена предусматривает его фольгирование, либо ламинирование лавсаном. Применение данных технологий позволяет повысить изоляционные качества материала, придать ему дополнительную прочность. Стандартные цвета – молочно-белый, серый.

Свойства и применение вспененного полипропилена

Как уже было указано выше, вспененный полипропилен отличается высокой степенью звуко-, вибро- и шумопоглощения, в сочетании с легкостью и прочностью. Кроме того, материал:

Считается экологически безопасным (не причиняет вред здоровью людей и животных).
Устойчив к низким и высоким температурам от -40 до +100 °C (150 °C в случае Пенотерма).
Стоек к возгоранию, при горении не выделяет вредных веществ.
Устойчив к коррозии и гниению.
Имеет высокие гидроизоляционные свойства.
Легко обрабатывается вручную.
Долговечен и износостоек (минимальный срок службы 20 лет).

Все это делает пенополипропилен востребованным в разных сферах. В частности, его приобретают как утеплитель и шумо/виброизоляцию для:

наружных и внутренних стен жилых и нежилых объектов;
внутренних сэндвич-панелей и блоков промышленных объектов;
труб отопления и водоснабжения;
обычного пола и пола с подогревом.

Пенополипропиленом (epp) отделывают салоны автомобилей для дополнительной шумо и теплоизоляции. Фольгированный материал незаменим для гидроизоляции в саунах, банях и душевых. Его используют при изготовлении транспортировочных боксов. Обратите внимание, что не каждый изолирующий материал подходит для высоких температур, однако Пенотерм создан именно для этих целей.

Что такое пенотерм

Пенотерм – эластичный композитный материал на основе вспененного полипропилена, на который нанесен с 2-х сторон слой фольги. Гибкий трехслойный лист обладает повышенными теплоотражающими и гидроизоляционными свойствами, создавая «эффект термоса» с КПД до 70%. Выдерживает до 150 °C. Материал поступает в продажу в рулонах и бывает нескольких видов:

НПП ЛЭ.
НПП ЛФ.
НПП ЛП.

Среди отечественных и европейских производителей ООО «Пенотерм» занимает лидирующие позиции. В нашей компании Вы сможете купить теплоизолирующие материалы, которые предлагает данный производитель. Мы гарантируем, что Вы приобретаете сертифицированный товар, отвечающий ГОСТ.

Изоляционные материалы Порилекс

Популярная марка товаров Порилекс включает в себя полипропиленовые листы, жгуты и трубки. Применение изолирующих листов аналогично применению продукции Пенотерм – для полов, стен, чердаков и цоколей. Полипропиленовые жгуты и трубки применяются для уплотнения стыков, швов и трубопроводов. Таким образом, используя данную продукцию, можно провести качественные работы по утеплению на любом объекте.

www.teplosnab.su

Изоляция полипропиленовых труб: определение толщины изоляции

Наружн. д-тр труб, мм	Сфера применения	Открытое применение (Изоляция полипропиленовых труб в трубках по 2 м)	Монтаж в строительной конструкции(Изоляция полипропиленовых труб в трубках по 2 м)	Монтаж в строительной конструкции(Изоляция полипропиленовых труб в бухтах по 10 м)
16	отопление	Трубка Энергофлекс Супер 18/13-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 18/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 18/4-10
	горячее водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 18/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 18/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 18/4-10
	холодное водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 18/6-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 18/6-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 18/4-10
	холодоснабжение(+5 °С — +7 «С)	Трубка Энергофлекс Супер 18/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 18/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 18/4-10
20	отопление	Трубка Энергофлекс Супер 22/13-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 22/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 22/4-10
	горячее водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 22/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 22/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 22/4-10
	холодное водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 22/6-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 22/6-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 22/4-10
	холодоснабжение(+5 «С — +7 “С)	Трубка Энергофлекс Супер 22/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 22/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 22/4-10
25	отопление	Трубка Энергофлекс Супер 25/13-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 28/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 28/4-10
	горячее водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 25/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 28/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 28/4-10
	холодное водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 25/6-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 28/6-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 28/4-10
	холодоснабжение(+5 ’С — +7 ‘С)	Трубка Энергофлекс Супер 25/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 28/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 28/4-10
32	отопление	Трубка Энергофлекс Супер 35/13-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 35/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 35/4-10
	горячее водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 35/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 35/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-К 35/4-10
	холодное водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 35/6-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 35/6-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 35/4-10
	холодоснабжение(+5 “С — +7 ’С)	Трубка Энергофлекс Супер 35/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 35/9-2	Трубка Энергофлекс Супер Протект-С 35/4-10
40	отопление	Трубка Энергофлекс Супер 42/20-2	Трубка Энергофлекс Супер 42/20-2
	горячее водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 42/9-2	Трубка Энергофлекс Супер 42/9-2
	холодное водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 42/9-2	Трубка Энергофлекс Супер 42/9-2
	холодоснабжение(+5 «С — +7 “С)	Трубка Энергофлекс Супер 42/9-2	Трубка Энергофлекс Супер 42/9-2
50	отопление	Трубка Энергофлекс Супер 54/20-2	Трубка Энергофлекс Супер 54/20-2
	горячее водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 54/9-2	Трубка Энергофлекс Супер 54/9-2
	холодное водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 54/9-2	Трубка Энергофлекс Супер 54/9-2
	холодоснабжение(+5 «С — +7 «С)	Трубка Энергофлекс Супер 54/9-2	Трубка Энергофлекс Супер 54/9-2
63	отопление	Трубка Энергофлекс Супер 64/20-2	Трубка Энергофлекс Супер 64/20-2
	горячее водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 64/9-2	Трубка Энергофлекс Супер 64/9-2
	холодное водоснабжение	Трубка Энергофлекс Супер 64/9-2	Трубка Энергофлекс Супер 64/9-2
	холодоснабжение(+5 «С — +7 «С)	Трубка Энергофлекс Супер 64/9-2	Трубка Энергофлекс Супер 64/9-2

montagtrub.ru

Теплоизоляция полипропиленом — цены на услуги по устройству теплоизоляции вспененным полипропиленом

Полипропилен — это полимер пропилена, также известен как пропен. Его характеристики и свойства особенно схожи с полиэтиленом. Полипропилен имеет ряд схожих параметров с таким материалом, как фольга. Это пластичность, цвет, гибкость.

Он абсолютно безвреден в эксплуатации и экологичен, выдерживает большие механические нагрузки, не подвергается деформации или порче при высоких температурных режимах, что делает его надежным материалом, достаточно часто используемым для утепления помещений.

Технология утепления помещения полипропиленом

В помещениях этим материалом утепляют стены, потолки и даже полы. Более того, этот материал подходит для внутренних работ. Стоит отметить, что полипропилен — это материал не только для теплоизоляции, но и гидроизоляции, и даже шумоизоляции любого помещения. Что интересно: данный материала толщиной в 4 мм в защите от потерь тепла равняется одному и более метрам кирпичной кладки. Крепится полипропилен очень просто, то есть, при помощи гвоздя, шурупа или даже степлера.

Утепление помещения с помощью пропилена является достаточно быстрым, удобным и экономным способом обеспечить тепло в любом доме. При этом вы можете быть уверены, что все работы, осуществляемые мастерами, будут выполнены недорого и профессионально.

Утепление дома полипропиленом имеет ряд особенностей:

это быстро и недорого;
надежно и качественно;
монтажные работы легки в исполнении и не требуют специального оборудования;
не требует много времени и затрат.

Вы всегда можете найти надежного исполнителя, который проведет утеплительные работы в вашем загородном доме, в ином помещении или постройке «под ключ». При этом будут использованы современные материалы, которые обеспечат высокую термоизоляцию помещения. Устройство всех необходимых материалов будет выполнено недорого и на высоком уровне.

Проведение работ по монтажу вспененного полипропилена

На сегодняшний день существует огромное количество компаний, строительных бригад и частных мастеров, специализирующихся на установке теплоизоляции помещений с использованием такого материала, как полипропилен. Жилое помещение требует особого внимания при выполнении утеплительных работ, поэтому, выбирая рабочих, которые будут предоставлять свои услуги, вы должны учесть ряд особенностей:

качество выполнения заказа;
сроки выполнения утепления здания полипропиленовым утеплителем;
спектр предоставляемых услуг;
особенности устройства изоляции.

Производя устройство теплоизоляции в загородном доме, вы также должны учитывать стоимость предоставляемых услуг и особенности установки оборудования изнутри.

Поиск исполнителя, специализирующегося на устройстве теплоизоляции, с помощью сайта Юду

Если вы ищете надежного мастера, специализацией которого является теплоизоляция различного рода помещений, построек и зданий, то в этом может помочь сервис Юду. На сайте представлено огромное количество исполнителей, готовых оперативно, качественно и недорого оказать квалифицированные услуги.

Здесь вы можете найти профили исполнителей, где представлена вся необходимая информация о предоставляемых услугах, условиях выполнения заказа, расценках компании. На платформе Юду можно ознакомиться с отзывами других клиентов, что поможет сделать правильный выбор.

remont.youdo.com

Утеплители для труб холодного водоснабжения – способы утепления + Видео

Владельцы загородных домов и дач часто сталкиваются зимой с неприятной ситуацией – вода в трубах холодного водоснабжения банально замерзает. Помимо неудобств, связанных с отсутствием воды, проблема может перерасти в более глобальную – ремонт всего водопровода! Чтобы этого не случилось, наружную часть системы следует утеплять.

Какие трубы лучше – дополнительная страховка

Для холодного водоснабжения трубы есть самые разные – подходят и самые дешевые из пищевого пластика, и дорогущие медные. На трубах для холодной воды можно действительно сэкономить – нет никакой нужды выбирать самые дорогие и прочные, как в случае с системой горячего водоснабжения и отопления. Но только в том случае, если трубы надежно запрятаны внутри теплого дома. В загородных домах и на дачах очень часто присутствует еще и солидная наружная часть водопровода. Из-за нее зимой и случаются перебои в водоснабжении.

И все-таки на этапе выбора можно уменьшить количество неприятностей, связанных с замерзанием воды в системе. В частности, можно практически полностью исключить вероятность появления трещин в самих трубах. Так, для прокладки холодного водопровода снаружи, да и внутри, мы бы не рекомендовали стальные трубы. Все-таки это прошлый век – они быстро ржавеют, зарастают изнутри продуктами коррозии и накипью, их сложно транспортировать и монтировать, и прослужат они в итоге хорошо если лет 20. И самое главное – они могут треснуть, если вода внутри замерзнет. Конечно, трубы можно закопать поглубже, ниже уровня промерзания грунта, но кто знает, не изменится ли этот уровень.

Из металлических труб особняком стоят медные. Стоят они дорого, выглядят красиво, при соблюдении всех условий в процессе монтажа и эксплуатации служат долго. А что с морозостойкостью? Получше, чем у стальных – благодаря своей пластичности медные трубы способны выдержать до 4–5 циклов заморозки-разморозки воды, и только потом возможно появление разрывов в системе водоснабжения. Беда в том, что нам не дано знать, за какой период времени случатся эти 4–5 цикла – может, лет за 70, а может и за 7. Стоит ли рисковать, тем более за такие деньги?

Эластичные и пластичные – беспроигрышный вариант

Трубы из сшитого полиэтилена – пожалуй, самый беспроигрышный вариант для водопровода, который проходит полностью или частично снаружи. Они действительно не боятся холода – стенки труб настолько эластичны, что легко расширятся до нужных размеров при замерзании воды. Причем эластичность они не потеряют и при -30 °С – нижний порог для таких труб достигает -70 °С.

Не зря же сегодня в Европе это один из самых популярных вариантов для обеспечения загородных домов водой. Продаются пластиковые трубы в больших бухтах – 50 м и 100 м. Монтаж проводится легко и быстро с помощью огромного количества фитингов. Все элементы изготавливаются в основном из латуни, но можно обойтись и самообжимным кольцом.

Металлопластиковые трубы – еще более усовершенствованный вариант полиэтиленовых. Они предназначены как для снабжения холодной и горячей водой, так и для отопления. Впрочем, для последнего их применение наиболее целесообразно с точки зрения финансовых затрат и качества. Для холодного водоснабжения трубы со столь высокой прочностью попросту непрактичны – какой смысл тратить деньги, если можно купить более дешевые изделия из сшитого полиэтилена, которые прослужат такой же срок.

Трубы из полипропилена также часто используются для водоснабжения, однако следует учесть, что при минусовой температуре они становятся слишком хрупкими и могут легко потрескаться от внутреннего давления. Так что в нашем случае полипропиленовая труба не подходит.

Из новинок можно вспомнить изделия из полибутилена. Такой водопровод также будет обладать высокой устойчивостью к низким температурам до -30 °С, в частности, и за счет большой эластичности. При заморозке и оттаивании вода в трубах не меняет вкуса и качества. Полибутиленовые трубы устойчивы к механическим повреждениям.

Словами сыт не будешь – утепляем трубы

Итак, вариант, который будет устойчив к растрескиванию во время зимних морозов, вы подобрали. Если зимой в своем загородном доме или на даче вы не появляетесь, то на этом можете считать проблему решенной. Но что делать, если за городом вы бываете с одинаковой частотой и зимой, и летом? Когда вода замерзнет в системе, не топить же снег!

В этом случае вам и пригодятся варианты утепления водопроводных труб, как полностью готовые к применению, так и «полуфабрикаты». Утепление исключит промерзание воды внутри труб и обеспечит постоянный доступ к живительной влаге.

К «полуфабрикатам» можно отнести рулоны стекловаты и минеральной ваты. Оба материала обладают долговечностью, не подвержены влиянию грибка, имеют самые низкие коэффициенты теплопроводности. Вот только у них есть несколько существенных недостатков – во-первых, работы по обмотке труб займут у вас немало времени, во-вторых, нужно обязательно исключить вариант намокания, поскольку ватные материалы при этом теряют теплоизоляционные свойства.

И в-третьих, для утепления изнутри помещений стекловата не подходит, поскольку при попадании микроволокон раздражает слизистую легких.

Существует множество вариантов так называемых теплоизоляционных скорлуп или цилиндров, которые изготавливаются из микрокристаллического уплотненного базальтового волокна или пенопласта. Базальтовое волокно обладает очень неплохими качествами – оно пожаробезопасно, не боится воздействия ультрафиолета, устойчиво к механическим повреждениям. Вот только мочить его все же нежелательно – ищите уже гидроизолированные варианты.

Скорлупы из пенопласта обладают таким же уровнем теплоизоляции, как и базальтовое волокно. Неоспоримое достоинство пенопласта – его потрясающая влагостойкость! Вот только пенопласт горит при наличии открытого источника огня и боится ультрафиолета. Отличный вариант для сырого подвала.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

remoskop.ru

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КОМПОЗИТА ПОЛИПРОПИЛЕН/УГЛЕРОДНЫЕ НАНОВОЛОКНА | Степашкина

1. Перепелкин В.П. Полипропилен, его свойства и методы переработки. Л.: ЛДНТП, 1963. 256 с.

2. Кондратенко В.С., Сакуненко Ю.И., Криваткин А.М. Трансэнергопластики: новый вызов металлам // Пластикс. 2014. № 1–2. С. 28–31.

3. Лопаткина С.В. Инновационные технологии производства материалов в кабельной промышленности // Инноваци онные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд. Международный научный сборник. 2015. Вып. 3. С. 195–202.

4. Криваткин А.М., Сакуненко Ю.И. Теплорассеивающие полимерные композиты в микроэлектронике // Технологии в электронной промышленности. 2009. № 6. С. 34–36.

5. Кондратенко В.С., Сакуненко Ю. И Необычные пластики – новые решения // РИТМ машиностроения. 2014. № 8. Вып. 96. С. 52–60.

6. Трансэнергопластики на основе пленочных композиционных материалов / Е.С. Цобкалло, О.А. Москалюк, А.С. Сте пашкина, В.Е. Юдин // Химические волокна. 2018. № 4. С. 22–28.

7. Ивукин И.Н., Бугров В.Е., Ковш А.Р. и др. Модификация теплообмена и оптимизация свойств материалов пластико вых радиаторов ретрофитных светодиодных ламп // Физика и механика материалов. 2013. Вып. 17. С. 178–182.

8. Дульнев Г.Н., Заричня Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Л.: Энергия, 1974. 264 с.

9. McCullough R. Generalized combining rules for predicting transport properties of composite materials // Composites Science and Technology. 1985. Vol. 22. P. 3–21.

10. Lichtenecker K. The electrical conductivity of periodic and random aggregates// Physikalische Zeitschrift. 1924. Vol. 25. P. 169.

11. Митюшов Е.А., Гельд П.В., Адамеску Р.А. Обобщенная проводимость и упругость микронеоднородных гетероген ных материалов. М.: Металлургия, 1998. 143 с.

12. Карслоу Х.С. Теория теплопроводности. М.: Гостеориздат, 1947. 288 с.

13. Распределение тепла со структурой в твердых телах / А.С. Степашкина, П.П. Рымкевич, А.В. Коцкович, А.И. Алтухов // Физика и механика материалов. 2017. Вып. 31. С. 75–77.

404

№ П/П	ВИД УСЛУГ	ЕД.ИЗМЕРЕНИЯ	СТОИМОСТЬ УСЛУГ
1	Водомерные узлы учета
1.1	Установка счетчиков воды (полипропиленовые трубы)	шт	500,00
1.2	Установка счетчиков воды (железные трубы)	шт	600,00
2	Вентили / краны / терморегуляторы
2.1	Замена крана/вентиля диаметр 20 – 25 (без нарезки резьбы) / с нарезкой резбы	шт	200,00 / 350,00
2.2	Установка терморегулятора диаметр 25 (без нарезки резьбы) / с нарезкой резьбы	шт	200,00 / 350,00
3	Работы по ремонту и перебору сантехники
3.1	Смена сиденья к унитазу со снятием бачка	шт	500,00
3.2	Смена сиденья к унитазу без снятия бачка	шт	200,00
3.3	Смена манжета/гофры к унитазу	шт	200,00
3.4	Смена гибкой подводки к бачку	шт	150,00
3.5	Регулировка смывного бачка	шт	300,00
4	Умывальник, мойка
4.1	Установка раковины на кронштейнах (без смесителя)	шт	700,00
4.2	Установка раковины «тюльпан» (без смесителя)	шт	700,00
4.3	Установка раковины с тумбой «мойдодыр» (без верхнего шкафчика и зеркала)	шт	800,00
4.4	Установка раковины с тумбой «мойдодыр» с зеркалом и/или шкафчиком	шт	1500,00
4.5	Установка сифона раковины	шт	250,00
4.6	Вырез столешницы под мойку	шт	400,00
4.7	Пробивка отверстия под смеситель в мойке	шт	150,00
4.8	Установка кронштейнов под раковину	шт	150,00
5	Смеситель, душ
5.1	Установка смесителя	шт	350,00
5.2	Установка смесителя с душем	шт	450,00
5.3	Установка штанги для душа	шт	150,00
5.4	Замена гибкого шланга на смеситель	шт	150,00
5.5	Замена гибкого шланга душа	шт	100,00
5.6	Замена «гусака» смесителя	шт	100,00
5.7	Чистка фильтра на «гусаке» смесителя	шт	100,00
5.8	Замена прокладки смесителя	шт	100,00
6	Унитаз, биде, инсталляция (подвесной унитаз)
6.1	Установка напольного комплекта (унитаз, бачок) без демонтажа деревянной площадки	шт	1000,00
6.2	Установка напольного комплекта (унитаз, бачок) с демонтажом деревянной площадки и стяжкой	шт	1500,00
6.3	Установка инсталляции (подвесного унитаза)	шт	2500,00
6.4	Установка биде	шт	1500
7	Ванна, душевая кабина
7.1	Установка ванны чугунной	шт	1500
7.2	Установка ванны стальной	шт	1200
7.3	Установка гидромассажной ванны	шт	2000,00
7.4	Установка обвязки ванны	шт	200,00
7.5	Монтаж душевой кабины	шт	от 3500,00
8	Замена водопроводных и канализационных труб
8.1	Комплексная замена водопроводных труб без замены «стояков» (вертикальных труб) на полипропилен	шт	от 2990,00
8.2	Замена водопроводных стояков (вертикальных труб) диаметр 25 (без прохождения плит перекрытия)	шт	1500,00
8.3	Замена водопроводных стояков (вертикальных труб) диаметр 32 (без прохождения плит перекрытия)	шт	2200,00
8.4	Замена водопроводных стояков (вертикальных труб) диаметр 40 (без прохождения плит перекрытия)	шт	3000,00
8.5	Комплексная замена канализационных труб диаметр 50	шт	от 1500,00
8.6	Замена «стояка» (вертикальной трубы) канализации диаметр 50 (без прохождения плиты перекрытия)	шт	1500,00
8.7	Замена «стояка» (вертикальной трубы) канализации диаметр 100 (без прохождения плиты перекрытия)	шт	от 2500,00
8.8	Установка полотенцесушителя на готовые сгоны	шт	800,00
8.9	Установка полотенцесушителя с нарезкой резьбы и установкой полипропиленовых сгонов	шт	2000,00
8.10	Врезка в полипропилен	шт	500,00
9	Отопление
9.1	Установка радиатора на готовые сгоны	шт	1000,00
9.2	Установка радиатора с нарезкой резьбы, установкой терморегуляторов	шт	2000,00
9.3	Добавление секций к установленному радиатору	шт	700,00
10	Установка бытовой техники
10.1	Подключение стиральной / посудомоечной машины без электролинии к установленным крану подачи воды и сливу	шт	700,00
10.2	Подключение стиральной / посудомоечной машины с установкой крана подачи воды и слива без электролинии	шт	1500,00
10.3	Установка жироуловителя	шт	от 700,00
10.4	Установка накопительного водонагревателя до 80л. без электролинии	шт	1500,00
10.5	Установка накопительного водонагревателя от 80л. без электролинии	шт	2000,00
10.6	Установка проточного водонагревателя	шт	1500,00
10.7	Установка аксессуаров на керамическую плитку (крючки, полки, зеркала и т.д.)	шт	150,00
10.8	Установка фильтра тонкой очистки	шт	800,00
11	Устранение засора
11.1	Устранение засора сифона	шт	300,00
11.2	Прочистка тросом 10 м	шт	от1500,00
11.3	Прочистка электромеханическим оборудованием до 30 м	шт	от 3500,00
11.4	Прочистка гидравлической машиной до 30 м	шт	от 3500,00
12	Демонтаж
12.1	Демонтаж ванны чугунной (без утилизации)	шт	600,00
12.2	Демонтаж ванны стальной (без утилизации)	шт	400,00
12.3	Демонтаж душевой кабины	шт	1000,00
12.4	Демонтаж экрана под ванной	шт	150,00
12.5	Демонтаж обвязки ванны (старого образца чугун-метал)	шт	400,00
12.6	Демонтаж обвязки ванны (пластик)	шт	150,00
12.7	Демонтаж поддона душа	шт	300,00
12.8	Демонтаж унитаза	шт	250,00
12.9	Демонтаж биде	шт	200,00
12.10	Демонтаж раковины на кронштейнах	шт	200,00
12.11	Демонтаж раковины «тюльпан»	шт	200,00
12.12	Демонтаж кронштейна	шт	150,00
12.13	Демонтаж сифона	шт	100,00
12.14	Демонтаж смесителя	шт	200,00
12.15	Демонтаж штанги душа	шт	50,00
12.16	Демонтаж крана / вентиля	шт	100,00
12.17	Демонтаж полотенцесушителя	шт	400,00
12.18	Демонтаж фильтра грубой очистки	шт	100,00
12.19	Демонтаж счетчика воды	шт	100,00
13	Штробление стен под трубы
13.1	Штробление под трубы водоснабжения
13.1.1	бетон	м/п	400,00
13.1.2	кирпич	м/п	300,00
13.1.3	гипсолит	м/п	200,00
13.2	Штробление стен под канализацию
13.2.1	бетон диаметр 50 / 100	м/п	600,00 / 900,00
13.2.2	кирпич диаметр 50 / 100	м/п	500,00 / 800,00,00
13.2.3	гипсолит диаметр 50 / 100	м/п	300,00 / 550,00,00

Показатели теплопроводности полипропиленовых композитов, наполненных гексагональным нитридом бора, функционализированным полидофамином

Abstract

Подход, вдохновленный мидиями, был предпринят для нековалентной функционализации поверхностей нитрида бора (BN) с помощью самополимеризованных дофаминовых покрытий, чтобы уменьшить межфазный термобарьер и повышение теплопроводности BN-содержащих композитов. По сравнению с композитами из полипропилена (PP), наполненными первичным BN при том же содержании наполнителя, теплопроводность была намного выше для композитов, наполненных как функционализированным BN (f-BN), так и полипропиленом с привитым малеиновым ангидридом (PP-g-ma) из-за улучшенная дисперсия наполнителя и лучшая межфазная совместимость наполнитель-матрица, что облегчило разработку большего количества тепловых путей.Теоретические модели также применялись для прогнозирования теплопроводности композита, при этом было обнаружено, что модель Нильсена хорошо согласуется с экспериментальными результатами, а расчетное эффективное соотношение сторон наполнителей хорошо соответствовало степени агрегации наполнителя, наблюдаемой в морфологическом исследовании.

Введение

Для применений, связанных с теплопередачей, таких как антикоррозийный теплообменник [1, 2], материалы для термоинтерфейса [3–5] и радиаторы в электронных устройствах [6, 7], теплопроводящие наполнители используются для улучшить теплопроводность (ТП) полимерных материалов [8, 9].Среди них нитрид бора (BN) является одним из наиболее перспективных, поскольку он является как теплопроводным, так и электроизоляционным [7, 10–14]. До сих пор BN использовался в композитах на основе различных матриц, включая резину [15, 16], силиконовый гель [17], эпоксидную смолу [18], поливиниловый спирт (PVA) [13], полиимид (PI) [10], жидкокристаллический полиэфир (LCP) [19], полибензоксазин [20], полисилоксан [21], полиэтилен (PE) [22] и полипропилен (PP) [23].

Перенос тепла в неметаллах хорошо обсуждался в литературе.Согласно работам Бермана [20, 24], тепловое сопротивление (TR) в основном вызвано процессами рассеяния фононов, включая фонон-фононное рассеяние, граничное рассеяние и рассеяние на дефектах или примеси. В композиционных материалах рассеяние фононов в основном связано с существованием межфазного теплового барьера, который возникает из-за акустического несоответствия или повреждения поверхностного слоя между наполнителем и полимерной матрицей [20, 25]. Чтобы снизить TR или улучшить TC композита, следует принять меры по снижению межфазного теплового барьера, который тесно связан с дисперсией наполнителя и взаимодействием наполнитель-матрица.

Для композитов, содержащих BN, была исследована модификация частиц BN для увеличения дисперсии наполнителя и контакта наполнителя с матрицей [18, 23, 26–31]. Хуанг и др. подготовили полиэдрические олигосилсесквиоксан-модифицированные нанотрубки нитрида бора (BNNTs) путем связывания гидроксилированных BNNT с силаном, которые затем были применены в производстве эпоксидных нанокомпозитов [26]. ТС композитов с 30 мас.% Наполнителя была в 13,6 раза выше, чем у чистой эпоксидной смолы. Муратов и др. [23] использовали 3-аминопропил-3-этоксисилан (APTES) для обработки гексагонального BN (h-BN) с гидроксильными поверхностными группами, которые были введены в результате различных процессов окисления.Они обнаружили, что TC композитов PP, заполненных h-BN с модифицированной поверхностью, была до 2 раз выше по сравнению с композитами, заполненными чистым h-BN. В исследовании Yu et al. [18], нанопластинки BN были впервые ковалентно функционализированы сверхразветвленным ароматическим полиамидом (HBP). Затем модифицированные нанопластинки BN были включены в эпоксидную смолу для образования композитов, которые продемонстрировали большее улучшение TC по сравнению с заполненными нанопластинками первичного BN. Из-за химической инертности BN всегда требуется дополнительная стадия «активации» для введения функциональных групп на поверхности BN перед дальнейшей химической реакцией.Это делает процесс ковалентной функционализации относительно утомительным. Следовательно, нековалентная функционализация BN также предпринималась в прошлом. Yu et al. использовали кислотно-основные комплексы Льюиса между богатыми электронами аминогруппами октадециламина (ODA) и электронодефицитными атомами бора для модификации поверхности нанопластинок BN с помощью ODA [18], которые также показали лучшее повышение TC, чем исходный BN при заполнении в эпоксидных композитах. Осознавая природу π-конъюгации на поверхности BN, конъюгированные молекулы, включая катехин [27], полианилин [29] и поли (п-фенилен-этинилен) s [31], были использованы для достижения нековалентной функционализации BN с помощью сильного π-π взаимодействия.Добавление такого нековалентно модифицированного BN также привело к лучшей дисперсии наполнителя и более высокому TC композита [27].

В последнее время подход, вдохновленный мидиями, широко используется для модификации различных материалов с помощью самополимеризованных дофаминовых покрытий, которые, как было обнаружено, способны прилипать практически ко всем видам субстратов [32–35]. В данной работе мы использовали такой подход для функционализации поверхностей BN тонким слоем полидофаминовых покрытий. Кроме того, ожидается, что конъюгированная особенность полидофамина обеспечит сильное π-π взаимодействие с BN.Как чистый, так и модифицированный BN были включены в матрицу PP с целью повышения TC. В третьей серии полипропиленовых композитов полипропилен с привитым малеиновым ангидридом (PP-g-ma) также использовался в качестве компатибилизатора, который может реагировать с катехолами и / или аминогруппами в полидофаминовых покрытиях из BN и улучшать дисперсию частиц BN в композиты. TC свойства этих трех серий композитов PP сравнивались и коррелировали с дисперсностью наполнителя и межфазным взаимодействием между наполнителем и полимерной матрицей.

Experimental

Materials

Полипропилен (PP, Moplen RP344RK) с молекулярной массой ~ 100000 Дальтон и плотностью 0,9 г / см ³, был произведен компанией PolyMirae, Корея. Гексагональный нитрид бора (h-BN) диаметром 5 ~ 10 мкм и чистотой 99,0% был поставлен компанией Eno Material, Китай. Привитой малеиновым ангидридом полипропилен (PP-g-ma) с молекулярной массой ~ 9100 Дальтон и малеиновый ангидрид 8 ~ 10 мас.% Были закуплены у Sigma-Aldrich, США. Гидрохлорид допамина (99%) и гидрохлорид трис (гидроксиметил) аминометана (Трис-HCl) были поставлены компанией Aladdin, Китай.Все материалы использовались в том виде, в котором они были получены.

Модификация h-BN

h-BN диспергировали с помощью ультразвука в деионизированной (DI) воде (25 г / 625 мл) в течение 30 минут перед добавлением дофамина (1 г / л) и трис-HCl (10 ммоль). / Л). Значение pH раствора доводили до 8,5, используя раствор NaOH (0,1 моль / л). После перемешивания в течение 6 ч смесь центрифугировали и 10 раз промывали деионизированной водой, а затем сушили при 40 ° C в вакууме. Поверхностно-модифицированный h-BN обозначается как f-BN.

Приготовление композитов

Были приготовлены три серии полипропиленовых композитов с наполнителем из БН.Первая серия композитов PP была заполнена чистым h-BN, который называют композитами «PP / BN». Композиты PP второй серии были заполнены f-BN и называются композитами «PP / f-BN». Для третьей серии композитов ПП в матрицу ПП было добавлено 2,5 мас.% ПП-г-ма в дополнение к наполнителям на основе ф-БН. Эта серия именуется композитами «ПП / ПП-g-ma / f-BN». Для всех трех серий полипропиленовых композитов содержание наполнителя варьировалось от 5 мас.% До 25 мас.%, Где наполнитель относился либо к BN, либо к f-BN.

Наполнители PP, PP-g-ma и BN сушили при 80 ° C в течение 12 часов перед смешиванием и экструдированием при 190 ° C в двухшнековом экструдере. Экструдированные композиты подвергали горячему прессованию при 200 ° C и 16 МПа для получения пленок различной толщины для определения характеристик.

Определение характеристик и измерения

Термогравиметрический анализ (ТГА) проводили на термоанализаторе (Q500, TA, США) в атмосфере азота при скорости нагрева 20 ° C / мин. Инфракрасные спектры с преобразованием Фурье (FTIR) регистрировали на системе NICOLET iS10 (Thermo Fisher Scientific, США) в диапазоне 4000 ~ 400 см ^-1.Распределение наполнителя в композитах наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа сверхвысокого разрешения (SEM, SU8010, Hitachi, Япония). Образцы подвергали замораживанию в жидком азоте и напыляли проводящим слоем золота в вакууме. Телескопический гониометр (OCA15 EC, Dataphysics, Германия) с каплями воды 5 мкл использовался для измерения статических углов смачивания водой частиц h-BN и f-BN методом покоящейся капли при температуре окружающей среды. Для каждого образца было выполнено не менее восьми измерений на разных участках поверхности, и были представлены средние значения.Составной TC рассчитывается по формуле (1),

где α , ρ и c — коэффициент температуропроводности, плотности и теплоемкости композита соответственно. Плотность определяли с помощью плотномера (MH-300A, Qunlong, China) при 30 ° C. Температуропроводность измеряли методом лазерной вспышки (LFA 447, Netzsch, Германия) при 30 ° C. Теплоемкость измеряли с помощью анализатора дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC 404 C, Netzsch, Германия). Для измерения теплоемкости все образцы обжимали в негерметичных алюминиевых поддонах с крышками.Масса образцов находилась в диапазоне 10 ~ 15 мг. Сапфир использовался в качестве эталона для калибровки прибора. Образцы уравновешивали в течение 10 мин при 20 ° C перед нагреванием со скоростью 5 ° C / мин до 100 ° C. Все значения теплоемкости, использованные для расчета теплопроводности, были определены при 30 ° C.

Результаты и обсуждение

СЭМ-анализ сначала был проведен на чистом h-BN и f-BN для изучения покрытия h-BN самополимеризованным дофамином. Как показано на фиг.3, поверхность f-BN становится намного более шероховатой по сравнению с чистым h-BN.Это говорит о том, что слои полидофамина были успешно нанесены на поверхность h-BN.

СЭМ-изображения (а) нетронутого h-BN и (б) f-BN.

Существование слоев полидофамина в f-BN было также подтверждено результатами FTIR, показанными на рис. По сравнению с h-BN, широкие полосы поглощения при 3200–3700 см ^-1 становятся намного сильнее для f-BN, что может быть связано с валентным колебанием -OH и – NH групп полидофамина [36]. Кроме того, средний контактный угол f-BN составил 57 ° (стандартное отклонение σ = 0.52), что намного ниже, чем у исходного h-BN, равного 108 ° (стандартное отклонение σ = 1,26), что указывает на значительно повышенную гидрофильность частиц BN после модификации поверхности слоями полидофамина.

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) h-BN и f-BN.

Как показано на фигуре, чистые частицы h-BN демонстрируют высокую термическую стабильность, поскольку они испытывают незначительную потерю веса до ~ 800 ° C. Что касается f-BN, потеря веса начиная с ~ 300 ° C может быть связана с разложением полидофамина, осажденного на поверхности f-BN.В атмосфере N ₂ потеря веса полидофамина составляет около 50% при ~ 800 ° C [37]. Следовательно, количество осажденного полидофамина можно оценить примерно в 2 мас.%, Что близко к значению (1,8 мас.%), Определенному в экспериментах по элементному анализу.

Кривые потери массы ч-БН и ф-БН.

Дисперсия наполнителя в полимерной матрице для трех серий композитов была исследована с помощью SEM. Как показано на фиг.2, наполнители BN достаточно хорошо диспергированы в полипропилене с небольшой долей пустот (отмечены кружками) и агломерацией частиц наполнителя (указаны стрелками).Однако, когда наполнитель BN был модифицирован полидофамином, количество пустот в композитах PP / f-BN становится больше и агломерация наполнителя становится более сильной, даже несмотря на то, что дисперсия наполнителя остается относительно однородной (). Такое явление может быть связано с повышенной гидрофильностью наполнителей f-BN, что приводит к большей несовместимости с гидрофобной матрицей PP. С добавлением PP-g-ma, межфазная совместимость между наполнителем и матрицей значительно улучшается, поскольку в композитах можно наблюдать гораздо меньше пустот и лучшую дисперсию наполнителя ().Такое усиление может быть результатом эффекта совместимости PP-g-ma, который предпочтительно находится на границе раздела PP и f-BN и улучшает межфазную адгезию за счет образования химической связи между ангидридными группами PP-g-ma и гидроксильной группой. и аминогруппы слоев полидофамина на поверхности f-BN. Как будет обсуждаться в следующих разделах, разница в дисперсии наполнителя и межфазной адгезии между наполнителем и матрицей будет значительно влиять на ТС композита.

СЭМ-изображения композитов ПП.

(a) Композиты PP / BN с 10 мас.% Чистого h-BN; (b) композиты PP / BN с 20 мас.% чистого h-BN; (c) композиты PP / f-BN с 10 мас.% f-BN; (d) композиты ПП / ф-БН с 20 мас.% ф-БН; (e) композиты ПП / ПП-g-ma / f-BN с 10 мас.% f-BN; (е) Композиты ПП / ПП-g-ma / f-BN с 20 мас.% f-BN.

Теоретическая плотность композитов PP / BN рассчитана с плотностью h-BN, взятой равной 2,25 г / см. ³ [20]. Что касается композитов ПП / ПП-г-ма / ф-БН и ПП / ф-БН, с одной стороны, их всего 2.5 мас.% PP-g-ma добавлено в матрицу PP; с другой стороны, количество полидофамина в f-BN относительно невелико. Поэтому теоретическая плотность композитов ПП / БН также принимается как плотность композитов ПП / ПП-g-ma / f-BN и ПП / f-BN. показывает результаты измерения плотности композитов с наполнителем BN в зависимости от содержания наполнителя. В целом экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретическими, т.е. отклонения находятся в пределах ± 5%. Такие результаты предполагают, что межфазная совместимость между наполнителем и полимерной матрицей относительно хорошая для этих композитов, что также подтверждается результатами SEM, обсужденными ранее.Однако следует отметить, что экспериментальная плотность композитов ПП / ф-БН стабильно ниже теоретических значений. Это может указывать на немного плохую межфазную адгезию между матрицей PP и f-BN, что коррелирует с наличием немного большего количества пустот в композитах PP / f-BN, показанных в исследованиях SEM ().

Плотности композитов различных серий.

показывает результаты теплоемкости композитов с наполнителем BN. Поскольку эмпирический закон Неймана-Коппа может дать разумную оценку теплоемкости для смешанного материала [38], теплоемкость композитов, c _{p , c}, также рассчитывается по формуле

сп, c = cp, BN⋅φBN + cp, PP⋅ (1 − φBN)

(2)

где φ _BN — весовой процент наполнителя BN, c _{p , BN} и c _{p , PP} — теплоемкости BN и PP, со значениями 0.7 и 1,8 кДж / кг · К соответственно [39]. Было обнаружено, что экспериментальные теплоемкости композитов ПП / БН и ПП / ПП-g-ma / f-BN в целом хорошо согласуются с результатами расчетов. Однако для композитов PP / f-BN различия между экспериментальными и расчетными результатами несколько больше, чем для двух других серий композитов. Это может быть связано с большим количеством пустот в композитах PP / f-BN, как показано на изображениях SEM, поскольку теплоемкость воздуха составляет около 1 кДж / кг · К, что намного меньше, чем у полипропилена.

Теплоемкости композитов различных серий. №

показаны результаты TC для подготовленных композитов. Для каждой серии этих композитов TC увеличивается с увеличением содержания наполнителя и начинает увеличиваться намного быстрее, когда содержание наполнителя выше, чем приблизительно. 20 мас.% (9,3 об.%). Для композитов PP / BN TC достигает 0,47 Вт / мК при увеличении содержания наполнителя до 25 мас.% (12 об.%), Что в 2,14 раза больше, чем у чистого полипропилена (0.22 Вт / мК). В предыдущем исследовании W. Cheewawuttipong et al. В [40] ОС композитов ПП / БН с 15 об.% BN составила ~ 0.60 Вт / мК. Предполагая линейное увеличение TC с содержанием наполнителя, когда содержание наполнителя ниже 15 об.%, TC композитов PP / BN с 12 об.% BN оценивается в ~ 0,48 Вт / м · К, что очень близко к нашим результатам. . При добавлении PP-g-ma и f-BN композиты PP / PP-g-ma / f-BN демонстрируют большее увеличение TC, при этом максимальное значение TC 0,58 Вт / м · K достигается при содержании наполнителя 25% масс. улучшение 2.В 64 раза по сравнению с пп. Для сравнения, для композитов PP / f-BN улучшение TC с введением наполнителя не столь значимо, при этом максимальное значение TC достигает 0,43 Вт / мК, только в 1,95 раза. При одинаковом содержании наполнителя TC композитов всегда следуют порядку PP / PP-g-ma / f-BN> PP / BN> PP / f-BN.

Зависимость теплопроводности трех серий полимерных композитов от загрузки наполнителя.

Чтобы объяснить разницу в TC этих трех серий композитов PP, схематические диаграммы теплопроводности в композитах показаны на.Как описано в литературе, перенос тепла в полимерных композитах можно объяснить распространением фононов или потоком колебательной энергии решетки [20, 24]. Следовательно, тепловые пути с большей вероятностью образуются в местах, где наполнители находятся очень близко к цепям полипропилена, так что термическое сопротивление на границах раздела наполнитель-матрица может быть минимизировано, как показано на рис. Для композитов PP / f-BN покрытие из слоев полидофамина увеличивает полярность и гидрофильность наполнителей, которые будут менее совместимы с неполярной и гидрофобной матрицей PP.Результирующий внешний вид пустот, показанный на изображениях SEM, и плотность образца ниже теоретического прогноза подтверждают ухудшение совместимости между наполнителем и матрицей для композитов PP / f-BN. В результате некоторые тепловые пути прерываются, как указано на, и TC композитов PP / f-BN ниже, чем у композитов PP / BN, когда содержание наполнителя одинаково. После добавления в композит PP-g-ma с относительно низкой молекулярной массой пустоты между PP-матрицей и наполнителями могут быть заполнены, поскольку PP-g-ma действует как компатибилизатор, который может образовывать ковалентное связывание с полидофамином на поверхностях наполнителя. .Следовательно, рассеяние фононов на границе раздела наполнитель-матрица значительно подавляется, и через эти ковалентные связи могут образовываться дополнительные тепловые пути, что приводит к значительному увеличению теплопроводности, как показано на рис. Также стоит отметить, что введение только PP-g-ma также помогает улучшить ТС композитов, поскольку ТС композитов PP / PP-g-ma / BN всегда выше, чем у композитов PP / BN при том же наполнителе. содержание, как показано на рис. S1. Однако эффект повышения TC из-за покрытия из полидофамина все еще довольно значителен, поскольку композиты PP / PP-g-ma / f-BN всегда демонстрируют более высокие TC, чем соответствующие PP / PP-g- композиты ma / BN.

Принципиальная схема различных серий композитов.

(а) ПП / БН; (б) ПП / ф-БН; (c) ПП / ПП-г-ма / ф-БН.

TC поведение полимерных композитов также можно исследовать количественно с помощью теоретических моделей [41–44]. В данной работе используются три типовые модели для оценки ОС композитов. Первой применяемой здесь моделью является классическая модель Максвелла-Эйкена [45], а составной TC рассчитывается по формуле (3).

kckm = 2 км + kf + 2ϕf (kf − км) 2 км + kf − ϕf (kf − км)

(3)

где ϕ _f — объемное содержание наполнителя, k _c, k _m и k _f — ТК композита, матрицы и наполнитель соответственно.TC BN и PP установлены на 300 Вт / мК [44] и 0,22 Вт / мК для расчета.

Как видно из, результаты TC, рассчитанные на основе модели Максвелла-Ойкена, близки к результатам для композитов PP / f-BN и ниже, чем у двух других серий композитов. Как сообщается в литературе, модель Максвелла-Ойкена недооценивает ОС композитов, содержащих несферические наполнители, что объясняется тем фактом, что модель Максвелла-Ойкена была разработана для композитов, содержащих разбавленные сферические наполнители [45].Следовательно, относительно хорошее соответствие между прогнозом модели и экспериментальными результатами композитов PP / f-BN может быть результатом следующих двух факторов: наличие пустот в композитах может способствовать снижению TC композитов; агломерация частиц наполнителя снижает соотношение сторон наполнителя, как это видно на изображениях SEM, показанных на рис.

Сравнение экспериментальных и теоретических результатов теплопроводности полимерных композитов.

В модели, предложенной Агари [45], модель Максвелла-Ойкена модифицируется путем объединения с моделью теплопроводности, которая учитывает эффект образования проводящей цепи в композитах.Составной TC рассчитывается по формуле

kc = 2 км + kf + 2ϕaf (kf − км) 2 км + kf − ϕaf (kf − км) км + ϕf⋅ϕfϕf − 2 / 3⋅C2⋅kf

(4-1)

где ϕ _af — объемное содержание частиц, не способствующих образованию проводящих цепочек [45], которое равно

ϕaf = (1 − ϕfϕf − 2/3) ⋅ϕf

(4-2)

Связь между ϕ _f и C составляет [45, 46]

Результаты TC, рассчитанные по модели Агари, очень близки к результатам по модели Максвелла-Ойкена, когда содержание наполнителя ниже 9.3 об.% (20 мас.%). Однако, когда содержание наполнителя превышает ~ 10 об.%, Расчетная TC по модели Agari увеличивается намного быстрее, указывая на то, что в композите образуются проводящие цепи (т.е. происходит перколяция) [45]. Такое поведение очень похоже на экспериментальные результаты. Как показано на фиг.2, ТС композиционного материала начинают расти намного быстрее, когда содержание наполнителя превышает ~ 10 об.%, Что свидетельствует о появлении перколяционного поведения наполнителей в полимерной матрице. Согласно классической теории перколяции [47], когда объемная доля наполнителя φ _f достигает критического значения φ _{f , C} (порог перколяции), образуется проводящая сеть и проводимость композита увеличивается гораздо быстрее с увеличением содержания наполнителя.Математически о перколяции можно судить, решив параметр t в следующем уравнении [48].

журнал (k − kC) = a + tlog (ϕf − ϕf, c)

(5)

где k _C — составной TC, когда содержание наполнителя равно φ _{f , C}. Параметр t должен быть близок к 2 для трехмерных случайно распределенных объектов, когда происходит перколяция. На основании экспериментальных результатов, полученных в данной работе, значение φ _{f , C} принято равным 9.3 об.%. Построив лог ( k — k _C) по сравнению с логом ( φ _f — φ _{f , C}), можно рассчитать t для составлять около 0,52, 0,53 и 0,83 для композитов ПП / ф-БН, ПП / БН и ПП / ПП-г-ма / ф-БН соответственно. Очевидно, что результаты для параметра t для композитов, приготовленных в настоящей работе, намного меньше, чем теоретическое значение 2 [47], что указывает на то, что наблюдаемое относительно быстрое увеличение TC не полностью регулируется концепцией перколяции.

Учитывая геометрию и эффективность упаковки наполнителей, модель Нильсена [49, 50] используется для прогнозирования композитных TC в соответствии со следующими уравнениями:

kckm = 1 + ABϕf1 − BΨϕf

(6-1)

Ψ≅1 + 1 − ϕmϕm2ϕf

(6-3)

где ϕ _м — максимальная плотность упаковки диспергированных наполнителей, а A — параметр, зависящий от формы и ориентации наполнителей. ϕ _м выбрано как 0.52 в данной работе, поскольку наполнители BN ориентированы в композитах случайным образом [50]. Как показано в, результаты расчетов по модели Нильсена достаточно хорошо согласуются с экспериментальными, когда значение параметра A было выбрано равным 8,38, 4,93 и 2,08 соответственно, что соответствует случайно ориентированным наполнителям с соотношением сторон 15, 10. и 4 соответственно, согласно таблице 1 [50]. Для композитов PP / BN эффективное соотношение сторон наполнителей немного ниже, чем у пластинок BN, которое составляет примерно 12 ~ 15.Это в основном связано с тем, что в композитах наблюдается небольшая агрегация наполнителей BN, как это было обнаружено в исследовании SEM, показанном на рис. Что касается композитов PP / f-BN, плохая совместимость между полярным f-BN и неполярной матрицей PP приводит к относительно неравномерному диспергированию наполнителей. Кроме того, из-за π-π взаимодействия между слоями полидофамина с поверхностным покрытием частицы f-BN имеют тенденцию к агрегированию более легко, чем первичный BN. Следовательно, эффективное соотношение сторон наполнителей f-BN в композитах PP / f-BN снижается до гораздо меньшего значения, что может быть подтверждено наблюдением SEM в.Для сравнения, для композитов PP / PP-g-ma / f-BN эффективное соотношение сторон наполнителей, предсказанное моделью Нильсена, очень близко к таковому у пластинок BN, что указывает на то, что степень агрегации наполнителя в композитах составляет совсем несущественно, если таковые имеются. Такие результаты могут быть связаны с улучшенной совместимостью между наполнителями и полимерной матрицей из-за сильного взаимодействия между PP-g-ma и f-BN. СЭМ характеристики также подтверждают равномерное диспергирование наполнителей в полимерной матрице без образования пустот ().Следовательно, на основании экспериментальных результатов и подгоночных кривых, рассчитанных с помощью модели Нильсена, представленной в, можно сделать вывод, что соответствующая модификация наполнителя и выбор компатибилизатора могут значительно снизить агрегацию наполнителя и улучшить дисперсию наполнителя в композитах, что приводит к удерживанию высоких коэффициентов формы наполнителей и улучшенных ТК композитов.

(PDF) Теплопроводность материалов на основе полипропилена



Теплопроводность материалов на основе полипропилена

DOI: http: // dx.doi.org/10.5772/intechopen.84477

[49] Вайденфеллер Б., Хёфер М., Шиллинг

F. Тепловые и электрические свойства

полимеров, наполненных магнетитом.

Композиты Часть A: Прикладная наука

и производство. 2002;: 1041-1053.

DOI: 10.1016 / S1359-835X (02) 00085-4

[50] Weidenfeller B, Höfer M, Schilling

F. Теплопроводность, теплопроводность

и удельная теплоемкость

полипропилена, наполненного частицами .

Композиты Часть A: Прикладная наука и

Производство. 2004; : 423-429. DOI:

10.1016 / j.compositesa.2003.11.005

[51] Эндрюс Р., Вайзенбергер MC.

Полимерные композиты с углеродными нанотрубками.

Current Opinion in Solid State and

Materials Science. 2004; : 31-37. DOI:

10.1016 / j.cossms.2003.10.006

[52] Поллак Г.Л.Капица. Сопротивление.

Обзор современной физики. 1969;:

48-81.DOI: 10.1103 / RevModPhys.41.48

[53] Swartz ET, Pohl RO.Thermal

граничное сопротивление. Обзор современной физики

. 1989;: 605-668. DOI: 10.1103 /

RevModPhys.61.605

[54] Vidal-Sallé E, Marchand

A-S. Моделирование фрикционной термомеханической муфты

на стыке

заготовка-инструмент во время процессов объемного формования

. Серия трибологии.

2003;: 349-356. DOI: 10.1016 /

S0167-8922 (03) 80062-7

[55] Hussain F, Hojjati M, Okamoto M,

Goiga RE.Обзорная статья: Матричные нанокомпозиты Полимер-

, переработка, производство и применение

Обзор. Журнал композитных материалов

. 2006; : 1511-1575. DOI:

10.1177 / 0021998306067321

[56] Patti A, Russo P, Acierno D, Acierno

S. Влияние функционализации наполнителя

на дисперсию и теплопроводность

полипропиленовых / многостенных углеродных нанотрубок

9 композиты.Композиты Деталь

B Engineering. 2016; : 350-359. DOI:

10.1016 / j.compositesb.2016.03.072

[57] HeonKang CH, Yoon KH, Park

YB, Lee DY, Jeong SS. Свойства полипропиленовых композитов

, содержащих

алюминия / многослойные углеродные

нанотрубок. Композиты Часть A:

Прикладная наука и производство.

2010; : 919-926. DOI: 10.1016 / j.

compositesa.2010.03.011

[58] Муратов Д.С., Кузнецов Д.В., Ильиных

И.А., Бурмистров И.Н., Мазов И.Н.Тепловая проводимость полипропилена

композитов, наполненных модифицированным силаном

гексагонального BN. Композиты

и технологии. 2015; : 40-43. DOI:

10.1016 / j.compscitech.2015.03.003

[59] Ezat GS, Kelly AL, Mitchell SC,

Youseffi M, Coates PD. Влияние привитого малеиновым ангидридом

Полипропилен

морфологический компатибилизатор

и свойства многослойной углеродной нанотрубки полипропилен /

Композиты. 2012; : 1376-1386. DOI:

10.1002 / pc.22264

[60] Chen L, Xu H-F, He S-J, Yi-Hang

D, Yu N-J, Du X-Z, etal. Тепловая проводимость

Полипропиленовые композиты, заполненные

гексагональным нитридом бора

, функционализированным полидофамином. PLoS One.

2017; : e0170523. DOI: 10.1371 / journal.

pone.0170523

[61] Szentes A, Varga CS, Horváth G,

Bartha L, Kónya Z, Haspel H, etal.

Удельное электрическое сопротивление и термические свойства

свойства компатибилизированных композитов из многослойных углеродных нанотрубок / полипропилена

со стенками

. eXPRESS Полимер

Букв. 2012; : 494-502. DOI: 10.3144 /

expresspolymlett.2012.52

[62] Диес-Паскуаль AM, Naffakh M,

González-Domínguez JM, Ansón

AM, Martínez-Rubi Y, Martínez

et al. Высококачественные композиты на основе нанотрубок PEEK / углерод

, совместимые

с полисульфонами-II.Механические

и электрические свойства. Углерод.

2010;: 3500-3511. DOI: 10.1016 / j.

углерод. 2010.05.050

% PDF-1.4 % 1 0 объект > поток iText 4.2.0 от 1T3XTMicrosoft® Word 20102015-11-25T16: 40: 19 + 01: 002021-11-01T03: 13: 12-07: 002021-11-01T03: 13: 12-07: 00uuid: 26A243EC-8AEF- 483E-9ECA-937AEE8DE2A9uuid: 41195b6b-5f81-45b4-836c-81b378c0bd4auuid: 26A243EC-8AEF-483E-9ECA-937AEE8DE2A9

сохраненоxmp.iid: 0D16286D0BF: 0D16206DBF: 0D16206DBF119

application / pdf

Beate Krause

Petra Pötschke

конечный поток эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > поток xX͎6SH $ K @ `\ {rjѽtQl /} i˶f3DQ> | p ߞ q6d | # ǟp} E ꒲ Gk & J8hI! VU 000″ L8? 4Dk @ xGYȊ? Hfh

Прогнозирование теплопроводности полипропиленовых многослойных углеродных нанотрубок с использованием модели Кренчеля

Теплопроводность макрочастиц композитных моделей хорошо документирована в литературе.В данной статье делается попытка подогнать экспериментальные данные по теплопроводности полимерных нанокомпозитов к трехфазной модели Кренчеля. Использование этой модели применимо для структур, которые состоят из полимерной матрицы, нанонаполнителя и межфазного слоя вокруг наночастиц. Эффект термического сопротивления Капицы реализован в модели вместе с предположением, что нанонаполнители имеют цилиндрическую форму и хорошо связаны друг с другом; однако в модели не указаны параметры, относящиеся к каким-либо типам диспергентов или методам диспергирования.Результаты трехфазной модели Кренчеля были подтверждены с использованием экспериментальных данных теплопроводности многослойных углеродных нанотрубок, внедренных в нанокомпозиты с полипропиленовой матрицей. Оказалось, что модель хорошо согласуется с экспериментальными данными по теплопроводности. Более того, результаты модели показали, что коэффициент геометрической упаковки наполнителя составлял 0,75; следовательно, углеродные нанотрубки образовывали пучки из нескольких цилиндрических трубок. Длина границы раздела между нанотрубками и полимерной матрицей составляла около 1 Å.Наконец, теплопроводность цилиндра из композитного жгута составила 21,63 Вт / (м · К).

1 Введение

Полимерные нанокомпозиты привлекательны тем, что, добавляя несколько процентов определенных включений, можно сохранить исходные свойства полимерной матрицы, такие как низкая плотность, легкость обработки и гибкость, одновременно улучшая другие свойства, такие как механические [ 1], [2], [3], электрические [4], [5], [6] и тепловые [1], [7], [8], [9]. Например, для электронных устройств, таких как ноутбуки и сотовые телефоны, требуются хорошие теплопроводящие материалы, чтобы обеспечить мгновенное рассеивание тепла, чтобы такие устройства могли поддерживать постоянную и желаемую температуру.Углеродные нанотрубки (УНТ) обладают очень высокой проводимостью; в результате их можно использовать для изменения изолированных полимеров для достижения желаемого мгновенного рассеивания тепла. Настоящая работа посвящена изучению теплопроводности нанокомпозитов полипропилен (PP) — многослойные УНТ (MWCNT).

УНТ — одна из нескольких аллотропий углерода. УНТ имеют цилиндрическую форму и нанометровый диаметр в диаметре и могут быть синтезированы в виде одностенных, двустенных или многостенных углеродных нанотрубок. Теплопроводность, которая указывает на способность материала проводить тепло [10], у УНТ очень высока.Например, теоретически УНТ могут иметь очень высокую теплопроводность, которая может достигать 6000 Вт / (м · К) для одностенных УНТ и до 3000 Вт / (м · К) для МУНТ [11], [12]. Следовательно, ожидается, что теплопроводность полимера может быть увеличена путем добавления нескольких процентов УНТ. Таким образом, их можно использовать для получения теплопроводных полимерных нанокомпозитов [13], [14], [15].

Обычно тепло переносится двумя модами: колебаниями решетки (фононы) и свободными электронами [16].В полимерах и полимерных нанокомпозитах эффективность передачи тепла зависит от количества фононных колебаний из-за отсутствия свободных электронов. Следовательно, чтобы получить максимальную теплопередачу и, следовательно, высокую теплопроводность, рассеяние фононов должно быть минимизировано. В полимерных нанокомпозитах существует большое межфазное сопротивление тепловому потоку между внешней поверхностью нанонаполнителя и полимерной матрицей [17]. Это рассогласование вызывает рассеяние фононов и, как следствие, уменьшение ожидаемого значения теплопроводности.Есть несколько аспектов, которые следует учитывать в отношении высокой теплопроводности в полимерных нанокомпозитах, таких как прочная химическая связь между нанонаполнителем и полимерной матрицей и повышение кристалличности полимера [18].

Теоретические предсказания и моделирование теплопроводности нанокомпозитов служат не только в качестве полезных предикторов теплопроводности до производства, но также подтверждают экспериментальные результаты на протяжении всей разработки новых нанокомпозитов.Однако соответствующие модели нанокомпозитных полимеров являются мощным инструментом для понимания макроскопических термических свойств и их микроструктуры. Таким образом, теоретическое определение эффективной теплопроводности нанокомпозитов стало предметом значительных исследований. Теории и модели транспортных свойств и теплопроводности композитов восходят к модели Максвелла [19]. Максвелл разработал аналитическую модель (приближение эффективной среды Максвелла-Гарнетта) для расчета эффективной теплопроводности композиционных материалов.Модель Максвелла служит основой для нескольких других моделей изучения транспортных свойств композитов. К сожалению, модель Максвелла имеет некоторые ограничения, например, она не учитывает межфазное сопротивление, требует, чтобы объемная доля дисперсной фазы была низкой, и она действительна только для сферических включений.

Хассельман и Джонсон [20] на основе модели Максвелла разработали другую модель для расчета эффективной теплопроводности композитных материалов.Однако модель Хассельмана и Джонсона считается важным вкладом в моделирование теплопроводности композитных материалов не только потому, что учитывается межфазное тепловое сопротивление, но и потому, что также учитывались эффекты размера и формы дисперсной фазы. Тем не менее, эта модель похожа на модель Максвелла, потому что она применима только тогда, когда объемная доля дисперсной фазы низка. В 1986 году Бенвенист и Милох [21] предложили модель, аналогичную модели Хассельмана и Джонсона, в которой учитываются межфазное сопротивление и эффект размера включения.Кроме того, модель Бенвениста и Милох действительна только для небольших объемных долей дисперсной фазы. Однако Бенвенист [22] попытался устранить это ограничение, разработав другую модель. Он смоделировал эффективную теплопроводность, используя два микромеханических подхода. Однако оба метода генерируют одно и то же эффективное термическое выражение с объемной долей включений до 0,5 об.%.

В 1992 году Every et al. [23] представили модель, основанную на теории эффективной среды Бруггемана, пытаясь расширить применимый диапазон объемных долей, учитывая взаимодействие между наполнителями.Таким образом, Every et al. разработал модель сферических композиционных материалов наполнителя, в которой используются радиус Капицы и межфазное сопротивление. Однако модель не использовалась с включениями несферической формы. Позже, в 1997 году, Nan et al. [24] представили общее приближение эффективной среды для прогнозирования эффективной теплопроводности микрокомпозитов как функции подхода эффективной среды, связанного с эффектами теплопроводности наполнителя и матрицы, межфазного теплового сопротивления, объемной доли наполнителя, размера и ориентации. .Также Nan et al. в 2003 г. [25] была предложена еще одна простая модель для определения теплопроводности композитов УНТ; однако, к сожалению, термическое сопротивление на границе раздела матриц УНТ не учитывалось; Таким образом, прогнозы были завышены. Поэтому в 2004 г. Nan et al. [26] улучшили предыдущую модель, чтобы описать влияние термического сопротивления границы раздела на теплопроводность композитов УНТ. Модифицированная модель основана на теории Максвелла-Гарнетта. Тем не менее, одним из основных предположений этой модели было то, что УНТ изолированы друг от друга.Действительно, это предположение неверно, поскольку УНТ могут взаимодействовать друг с другом, даже если процентное содержание УНТ в нанокомпозитах меньше 0,1 мас.% [27]. Поэтому модель каким-то образом ограничивается низкими объемными долями УНТ.

В этой статье модель эффективной теплопроводности для композитов УНТ включает теплопроводность матрицы и объем наполнителя. Предлагаемая модель предполагает, что теплопроводные композитные материалы состоят из теплопроводности трех фаз, включая теплопроводность объемной полимерной матрицы и теплопроводности композитного жгута.Связки определяются как наполнители и плотный полимерный слой, который имеет характеристики, отличные от основной матрицы, что, в свою очередь, является функцией термического сопротивления Капицы. Кроме того, эта модель не только учитывает эффект термического сопротивления Капицы, но также учитывает длину и предполагает случайную ориентацию нанотрубок. Однако эта уникальная модель пригодна для описания теплопроводности композитов УНТ во всем диапазоне загрузки УНТ до 6,48 об.%. Основная цель настоящего исследования состоит в том, чтобы модифицировать механическую модель Кренчеля для прогнозирования теплопроводности полимерного нанокомпозита путем подгонки предложенной трехфазной модели к имеющимся экспериментальным данным из литературы.Целью также является определение теплопроводности композита, длины границы раздела между УНТ и полимерной матрицей, геометрического фактора упаковки и количества МУНТ в жгуте УНТ.

2 Модель

В этой статье механическая модель Кренчеля [28], которая была предложена для исследования механических свойств композитных материалов, была улучшена для оценки теплопроводности композитной структуры. Модель Кренчеля была модифицирована в соответствии с формулой.(1):

(1) kc = km (1 − Ø) + δlδ0kfØ,

, где k _c, k _m и k _f — теплопроводности композита, матрицы и наполнителя соответственно; Ø — объемная доля содержания наполнителя; δ _l — поправочный коэффициент длины волокна; и δ ₀ — коэффициент ориентации наполнителя.

Поправочный коэффициент длины ( δ _l) может быть рассчитан с помощью формул.(2) и (3):

(2) δl = 1− (tanh (βl / 2) βl / 2),

(3) β = 1 / r (км / 2kf) ln (R / r) ) 1/2,

, где l — длина волокна, r — его радиус, а R — среднее расстояние между волокнами по нормали к его длине. Более того, ясно, что уравнения. (2) и (3) связывают размеры наполнителя (то есть радиус и длину наполнителя) с его теплопроводностью. Выражение ( R / r ), которое появляется в уравнении. (3), как ожидается, будет функцией объемной доли наполнителя (Ø) [29] следующим образом:

(4) Rr ~,

, где ∀ — геометрический коэффициент упаковки наполнителя.Первоначально геометрический коэффициент упаковки был введен для описания количества волокон в пучке, природы поперечного сечения пучка, а также размера и формы поперечного сечения волокна [30].

Чтобы эффективно оценить теплопроводность нанокомпозитов, оценивается модель композитного пучка цилиндров (CBC), и влияние сопротивления Капицы [31] включается в оценку. Таким образом, композитный материал состоит из трех фаз: двух фаз внутри композитного пучка (волокна наполнителя и плотный полимерный слой), а третья фаза — это объемная полимерная матрица.

Предполагая, что все наполнители имеют цилиндрическую форму, объемная доля CBC (Ø _CBC) может быть рассчитана по формуле. (5):

(5) ØCBC = nπ (Nfr + τ) 2l,

, где n — количество частиц в единице объема, а N _f — количество волокон в пучке. . Кроме того, τ — это толщина полимерного слоя, окружающего пучки наполнителя. Уравнение (5) может быть сокращено и переписано в зависимости от объемной доли наполнителя (Ø) в виде

(6) ØCBC = Ø (1 + τ / Nfr) 2.

CBC имеет общий объем пучков наполнителя плюс объем слоя, окружающего пучок. Таким образом, теплопроводность CBC ( k _CBC) может быть получена с использованием серийной модели следующим образом:

(7) 1kCBC = Øf´kf + Øτ´kτ,

, где Ǿ _f — объемная доля наполнителя в ОГС, Ǿ _τ — объемная доля слоя, окружающего пучок (входящего в объем композитного цилиндра), а k _τ — тепловая проводимость межфазного слоя.Более того, теплопроводность CBC ( k _CBC) в терминах теплового сопротивления Капицы ( R _x) может быть записана следующим образом:

(8) kCBC = kf1 + kfτ2rkτNf = kf1 + kfRx2rNf,

, где Rx = τkτ.

Модель Кренчеля, Ур. (1), можно переписать, чтобы включить в рассмотрение три фазы, где объемная доля наполнителя становится объемной долей CBC [Ур. (6)], а теплопроводность наполнителя заменяется теплопроводностью CBC [уравнение.(8)]. Следовательно, исходное уравнение Кренчеля можно изменить и переписать следующим образом:

(9) kc = km (1 − Ø (1 + τ / Nfr) 2) + δlδ0kCBCØ (1 + τ / Nfr) 2.

3 Результаты и обсуждение

Чтобы подтвердить предложенную модель, недавние экспериментальные данные по теплопроводности, проведенные Мазовым и др. [14]. MWCNT, внедренные в матрицу PP, имеют средний диаметр 22 нм, как указано в исследовании Mazov et al. Экспериментальные данные теплопроводности представлены в таблице 1. Однако значения массовой доли MWCNT были преобразованы в объемную долю с использованием уравнения.(10):

Таблица 1:

Теплопроводность экспериментальных данных образцов PP + MWCNT [14].

90ρfwf + wf 1 6,48 9070 ρm,

, где w _f, w _m, ρ _f и ρ _m — массовая доля наполнителя, массовая доля матрицы , плотность наполнителя и плотность матрицы соответственно.В данном исследовании значения плотности наполнителя и матрицы были использованы как 2,6 и 0,946 г / см ³ соответственно.

Основное внимание в этом исследовании уделяется определению количества УНТ в каждом жгуте, толщины полимерного слоя, окружающего жгуты УНТ, и теплопроводности CBC экспериментальных данных. С этой целью теплопроводность полипропилена была принята равной 0,2 Вт / (м · К) в подгоночном анализе [32]. Поскольку УНТ обладают широким диапазоном теплопроводности — например, одностенные УНТ имеют теплопроводность 6000 Вт / (м · К), тогда как МУНТ имеют теплопроводность 3000 Вт / (м · К) [11], [12] ] — в данном исследовании было принято значение теплопроводности 3000 Вт / (м · К).Более того, длина МУНТ, использованных в исследовании Мазова и др., Составляла от 1 до 2 мкм [14]; Таким образом, в расчетах использовались МУНТ со средней длиной 1,5 мкм. Важно отметить, что диапазоны размеров и распределения MWCNT, использованные в этом исследовании, были основаны на просвечивающем электронном микроскопе (TEM) и статистическом анализе изображений 400-500 MWCNTs TEM с программным обеспечением Gatan для микроскопии, как объяснено в другом месте [14]. Кроме того, коэффициент ориентации ( δ ₀) равен 1 для полностью выровненных волокон, 3/8 для случайного двумерного выравнивания и 1/5 для трехмерного выравнивания.В этой модели принято значение 3/8 [29].

В этой статье теплопроводность композитов MWCNT-PP увеличилась с 0,27 до 0,55 Вт / (м · К) при увеличении массовой доли с 1 до 16 мас.%. Теплопроводность матрицы [0,2 Вт / (м · К)] на порядки меньше, чем у МУНТ [3000 Вт / (м · К)]. Ожидается, что использование наполнителей с высокой теплопроводностью улучшит общую теплопроводность композита. Теоретически при 16 мас.% MWCNT теплопроводность композита может достигать 200 Вт / (м · К), исходя из простого правила смесей.Однако теоретическое значение теплопроводности MWCNT намного выше, чем объемное экспериментальное значение, которое учитывает многочисленные высокие термические контактные сопротивления между самими трубками [3000≈20 Вт / (м · К)] [33]. Если выбрать это объемное экспериментальное значение вместо теоретического значения, теплопроводность будет примерно 2 Вт / (м · К), что все еще более чем на один порядок величины от значений, сообщенных экспериментально. Столь низкая теплопроводность композита также может быть объяснена многочисленными высокими тепловыми контактными сопротивлениями, возникающими между нанотрубками и матрицей ПП, что является сопротивлением Капицы.Следовательно, важно включить эффект сопротивления Капицы в текущую модель, как показано в уравнениях. (8) и (9) [24]. Сопротивление Капицы ( R _x) имеет значение ~ 10 ^-7 (m ² K) / Вт, что является отличительной чертой УНТ и полимерной матрицы [33].

Кроме того, поправочный коэффициент длины ( δ _l) был рассчитан с использованием формул. (2) и (3). Геометрия упаковки волокна была исследована [34] и оказалась одной из трех идентифицированных форм: квадратная упаковка, где волокна заключены в квадрат, где геометрия упаковки волокна составляет π /4; плотная упаковка, в которой волокна расположены гексагонально, а геометрия упаковки волокон составляет π / 23; и открытая упаковка, в которой волокна расположены коаксиальными слоями.В этой модели предполагается режим открытой упаковки, поскольку считается, что УНТ образуют пучки из нескольких цилиндрических трубок в каждом пучке. Коэффициент геометрической упаковки наполнителя определяется формулой. (11) [30], [34]:

(11) ∀ = 3Nr (Nr − 1) +1 (2Nr − 1) 2,

, где N _r — количество слоев и его отношение к количеству волокон, N _f, дается формулой. (12):

(12) Nr = 12 + 14 + 13 (2Nf − 1).

На рис. 1 показаны экспериментальные и подогнанные данные теплопроводности полипропилена, залитого MWCNT.Как показано на рисунке 1, теплопроводность увеличивается с увеличением объемной доли MWCNT из-за усиления частиц с гораздо более высокой теплопроводностью. Результаты экспериментов показывают улучшение примерно на 275% при добавлении 16 мас.% MWCNT. Похожее исследование King et al. [35] для полипропилена, залитого MWCNT, показывает увеличение на 240% при добавлении 15 мас.% MWCNT. Другое исследование Szentes et al. [36] на MWCNT-PP показали, что теплопроводность улучшилась на 57%, когда было добавлено только 5 мас.% MWCNT.Однако это небольшое улучшение было связано с тем, что MWCNT, использованные в исследовании Szentes et al., Были смешаны с небольшим количеством талька.

Рис. 1:

Экспериментальные данные теплопроводности вместе с теплопроводностью, рассчитанной по уравнению Кренчеля (уравнение 9), средний диаметр MWCNT = 22 нм.

Результаты подгонки данных показаны в таблице 2; при использовании МУНТ диаметром 22 нм в пучке содержится в среднем 240 000 УНТ. Хотя количество MWCNT на пучок не имеет научного значения, это значение используется для проверки модели.Подгоночные значения можно легко вычислить, и в жгуте было около 200 000 УНТ, если предполагался диаметр жгута 5 мкм. Кроме того, можно показать, что в жгуте было 300000 УНТ, если принять диаметр жгута 6 мкм. Следовательно, средний диаметр жгута при использовании 22 нм MWCNT составлял от 5 до 6 мкм. Изображения ПЭМ в Мазов и др. [14] показали, что 22-нм MWCNTs образуют значительные скрученные агломерации с типичным размером в несколько микрон, что согласуется с результатами этой модели.Стоит отметить, что геометрический фактор наполнителя () оказался равным 0,75 для большого количества волокон [30], [34]. Таким образом, поскольку в пучке содержалось около 240 000 УНТ, ожидалось получить значение 0,75 для геометрического фактора упаковки.

Таблица 2:

Подгоночные параметры модели Кренчеля.

Массовый процент MWCNT (мас.%)	Объемный процент MWCNT (об.%)	Теплопроводность, k _c [Вт / (м · K)]
0	0	0,20
1	0,37	0,27
2	0,74	0.31
5	1,80	0,37
10	3,89	0,47
16	6,48	0,55	0,55

Параметр	D _MWCNT = образцы размером 22 нм
Количество MWCNT на пучок, N _f	240 000 9069	0.75
Длина границы раздела, τ (Å)	1
Теплопроводность CBC [Вт / (м · К)]	21,63

Кроме того, результаты в таблице 2 показывают, что длина области интерфейса изменяется при изменении диаметра MWCNT. Соответствующее значение длины границы раздела составляет 1 Å при диаметре МУНТ 22 нм. Кроме того, результаты исследования Мазова и др. [14] показывают, что окисление поверхности МУНТ толщиной 22 нм приводит к образованию карбоксильных групп на поверхности образцов.При 16 мас.% (6,48 об.%) Образцы имеют теплопроводность ~ 0,53 Вт / (м · К). Между тем, подобранные параметры в этой точке показывают, что длина межфазного слоя составляет 9 Å. Этот результат показывает, что функционализация полимера имеет тенденцию к увеличению толщины межфазного слоя полимера и, следовательно, к снижению теплопроводности нанокомпозита из-за рассеяния фононов и неоднородности на границе раздела. Как отмечено на рисунке 1, теплопроводность нефункционализированных образцов при 16 мас.% MWCNT была около 0.55 Вт / (м · K), тогда как теплопроводность функционализированных образцов с той же загрузкой MWCNT составляла около 0,53 Вт / (м · K). Таким образом, теплопроводность функционализированных образцов MWCNT уменьшилась по сравнению с нефункционализированными образцами. Такое поведение можно объяснить степенью дефектов и искажений из-за функционализации на внешней поверхности.

Здесь стоит отметить, что дисперсия УНТ в целом сильно зависит от типов используемого диспергатора и методов диспергирования, которые могут привести к разному количеству МУНТ на пучок и разной длине интерфейса.Экспериментально использование различных диспергаторов, таких как додецилбензолсульфонат, октилфенолэтоксилат (Triton X-100) и поливинилпирролидон в различных растворителях для диспергирования УНТ, позволяет получить широкий диапазон свойств. Кроме того, даже для одинаковых массовых процентов УНТ в матрице ПП, если метод диспергирования отличается, количество МУНТ на пучок и длина интерфейса будут разными. Такие данные важны для расчетов, позволяющих прогнозировать теплопроводность УНТ.Однако предлагаемая в данной работе модель ограничивается экспериментальной процедурой, описанной в [3]. [14], поскольку в модели не реализованы параметры, описывающие влияние методов диспергирования и типов используемых диспергентов. Следовательно, модель Кренчеля в этом текущем формате не может предсказать влияние типа диспергатора и методов диспергирования на теплопроводность.

Результаты теплопроводности CBC показывают, что значение теплопроводности композита было 21.63 Вт / (м · К). Это значение было получено путем подгонки уравнения к общей объемной доле MWCNT; таким образом, это можно рассматривать как способ усреднить все объемные доли. Кроме того, фитинг функционализированного образца диаметром 22 нм показывает эффективную теплопроводность 9,07 Вт / (м · К). Помимо того факта, что первое значение было средним значением, также считалось, что такое поведение было связано с более высоким межфазным термическим сопротивлением, которое привело к снижению теплопроводности (т.е.е. снижая или препятствуя переносу фононов) [37]. По словам Кочетова, теплопроводность композитного пучка наночастиц нитрида алюминия, внедренных в матрицу из эпоксидной смолы, имела значение 22 Вт / (м · К), что очень сопоставимо со значением, полученным в этом исследовании [38]. В нанокомпозитах теплопроводность композитного жгута уменьшается, поскольку межфазное термическое сопротивление играет доминирующую роль при этом размере. Однако считается, что теплопроводность CBC зависит от толщины границы раздела слоев, когда полимер функционализирован, предлагаемая трехфазная модель лучше работает с функционализированным полимером, и более реалистично предположить трехфазные модели, когда функционализированные наполнители являются под следствием.

4 Заключение

Теплопроводность полипропилена, встроенного в многослойные углеродные нанотрубки, была исследована для более глубокого понимания взаимосвязи структуры и свойств наночастиц и полимерных систем. Было обнаружено, что межфазный полимерный слой, который работает как теплопроводное вещество, играет роль в теплопроводности полимерных композиционных материалов, содержащих функционализированные и модифицированные нанонаполнители. Также было обнаружено, что модель Кренчеля хорошо согласуется с экспериментальными данными, поскольку экспериментальные данные были подогнаны с высокой точностью.В будущих исследованиях необходимо изучить природу межфазного слоя между нанонаполнителями и полимерной матрицей, поскольку их характеристики подробно не известны. Кроме того, чтобы улучшить модель, в модель следует включить влияние типов диспергентов и методов диспергирования.

Ссылки

[1] Yuan B, Bao C, Song L, Hong N, Liew KM, Hu Y. Chem. Англ. J. 2014, 237, 411–420.10.1016 / j.cej.2013.10.030 Поиск в Google Scholar

[2] Арао Й, Юмитори С., Сузуки Х., Танака Т., Танака К., Катаяма Т. Compos. Pt. Приложение A Appl. Sci. Manuf. 2013, 55, 19–26.10.1016 / j.compositesa.2013.08.002 Искать в Google Scholar

[3] Наффах М., Диес-Паскуаль А.М., Ремшкар М., Марко К. J. Mater. Chem. 2012, 22, 17002–17010.10.1039 / c2jm33422d Поиск в Google Scholar

[4] Mutiso RM, Winey KI. Progr. Polym. Sci. 2015, 40, 63–84.10.1016 / j.progpolymsci.2014.06.002 Поиск в Google Scholar

[5] Selvin Thomas P, Abdullateef A, Al-Harthi M, Atieh M, De SK, Rahaman M, Chaki TK , Хастгир Д., Бандёпадхьяй С. J. Mater. Sci. 2012, 47, 3344–3349.10.1007 / s10853-011-6174-4 Поиск в Google Scholar

[6] Билотти Э, Чжан Х., Дэн Х., Чжан Р., Фу Кью, Пэйс Т. Compos. Sci. Technol. 2013, 74, 85–90.10.1016 / j.compscitech.2012.10.008 Поиск в Google Scholar

[7] Fan LW, Fang X, Wang X, Zeng Y, Xiao YQ, Yu ZT, Xu X, Hu YC , Cen KF. Заявл. Energy 2013, 110, 163–172.10.1016 / j.apenergy.2013.04.043 Искать в Google Scholar

[8] Kim SY, Noh YJ, Yu J. Compos. Sci. Technol. 2014, 101, 79–85.10.1016 / j.compscitech.2014.06.028 Поиск в Google Scholar

[9] Yu J, Huang X, Wu C, Wu X, Wang G, Jiang P. Polymer 2012, 53, 471–480.10.1016 / j.polymer.2011.12.040 Искать в Google Scholar

[10] Бергман Т.Л., Incropera FP, Lavine AS. Основы тепломассообмена. Wiley: New York, 2011. Поиск в Google Scholar

[11] Бирчук MJ, Llaguno MC, Radosavljevic M, Hyun JK, Johnson AT, Fischer JE. Заявл. Phys. Lett. 2002, 80, 2767–2769.10.1063 / 1.1469696 Поиск в Google Scholar

[12] Kim P, Shi L, Majumdar A, McEuen PL. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 215502.10.1103 / PhysRevLett.87.215502 Искать в Google Scholar

[13] Gulotty R, Castellino M, Jagdale P, Tagliaferro A, Balandin AA. ACS Nano 2013, 7, 5114–5121.10.1021 / nn400726g Поиск в Google Scholar

[14] Мазов И.Н., Ильиных И.А., Кузнецов В.Л., Степашкин А.А., Ергин К.С., Муратов Д.С., Чердынцев В.В., Кузнецов Д.В., Исси Ю.П. . J. Alloys Comp. 2014, 586 (Дополнение 1), S440 – S442. Искать в Google Scholar

[15] Gong P, Buahom P, Tran MP, Saniei M, Park CB, Pötschke P. Carbon 2015, 93, 819–829.10.1016 / j.carbon.2015.06.003 Искать в Google Scholar

[16] Каллистер В.Д., Ретвиш Д.Г. Материаловедение и инженерия: введение . Wiley: New York, 2007. Поиск в Google Scholar

[17] Агарвал С., Хан ММК, Гупта Р.К. Polym. Англ. Sci. 2008, 48, 2474–2481.10.1002 / pen.21205 Искать в Google Scholar

[18] Шинде С.Л., Гоэла Дж. Материалы с высокой теплопроводностью . Springer: Berlin, 2006. Поиск в Google Scholar

[19] Maxwell JC. Трактат об электричестве и магнетизме. Clarendon Press: Oxford, 1873. Искать в Google Scholar

[20] Hasselman D, Johnson LF. J. Compos. Матер. 1987, 21, 508–515.10.1177 / 002199838702100602 Искать в Google Scholar

[21] Benveniste Y, Miloh T. Внутр. J. Eng. Sci. 1986, 24, 1537–1552.10.1016 / 0020-7225 (86) -X Поиск в Google Scholar

[22] Benveniste Y. J. Appl. Phys. 1987, 61, 2840–2843.10.1063 / 1.337877 Искать в Google Scholar

[23] Эвери А., Цзоу Й, Хассельман Д., Радж Р. Acta Metallurg. Матер. 1992, 40, 123–129.10.1016 / 0956-7151 (92) -S Поиск в Google Scholar

[24] Nan CW, Birringer R, Clarke DR, Gleiter H. J. Appl. Phys. 1997, 81, 6692–6699.10.1063 / 1.365209 Искать в Google Scholar

[25] Nan CW, Shi Z, Lin Y. Chem. Phys. Lett. 2003, 375, 666–669.10.1016 / S0009-2614 (03) 00956-4 Поиск в Google Scholar

[26] Nan CW, Liu G, Lin Y, Li M. Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 3549–3551.10.1063 / 1.1808874 Поиск в Google Scholar

[27] Рамасубраманиам Р., Чен Дж., Лю Х. Прил. Phys. Lett. 2003, 83, 2928–2930.10.1063 / 1.1616976 Искать в Google Scholar

[28] Krenchel H. Армирование волокном; теоретические и практические исследования упругости и прочности материалов, армированных волокном . Академиск Форлаг: Копенгаген, Дания, 1964. Поиск в Google Scholar

[29] Джонуби М., Харун Дж., Мэтью А.П., Оксман К. Compos. Sci. Technol. 2010, 70, 1742–1747.10.1016 / j.compscitech.2010.07.005 Поиск в Google Scholar

[30] Du GW, Chou TW, Popper P. J. Mater. Sci. 1991, 26, 3438–3448.10.1007 / BF00557129 Искать в Google Scholar

[31] Pollack GL. Rev. Modern Phys. 1969, 41, 48–81.10.1103 / RevModPhys.41.48 Поиск в Google Scholar

[32] Мазов И., Бурмистров И., Ильиных И., Степашкин А., Кузнецов Д., Исси Дж. Polym. Compos. 2014, 36, 1951–1957. Искать в Google Scholar

[33] Ху М., Кеблински П., Шеллинг П.К. Phys. Rev. B 2009, 79, 104305.10.1103 / PhysRevB.79.104305 Поиск в Google Scholar

[34] Peters ST. Справочник по композитам . Springer: США, 2013. Поиск в Google Scholar

[35] Кинг Дж. А., Гаксиола Д. Л., Джонсон Б. А., Кейт Дж. М.. J. Compos. Матер. 2009, 44, 839–855. Искать в Google Scholar

[36] Szentes A, Varga C, Horvath G, Bartha L, Konya Z, Haspel H, Szél J, Kukovecz A. Carbon 2012, 7, 8. Искать в Google Scholar

[37 ] Калаконда П., Кабрера Ю., Джудит Р., Георгиев Г. Ю., Себе П., Ианнакчионе Г. С.. Nanomater. Nanotechnol. 2015, 5. DOI: 10.5772 / 60083. Искать в Google Scholar

[38] Кочетов Р. Тепловые и электрические свойства нанокомпозитов, включая свойства материалов , Делфтский технический университет, Технологический университет Делфта, 2012.Искать в Google Scholar

Получено: 2016-2-2

Принято: 2016-8-6

Опубликовано в Интернете: 2016-8-17

Опубликовано в печати: 2018-3- 28

Эта статья распространяется на условиях Некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution, которая разрешает неограниченное некоммерческое использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии оригинальная работа правильно цитируется.

Влияние коэффициента блочности на теплопроводность аморфных диблок-сополимеров полиэтилен-полипропилен (ПЭ-ПП)

Блок-сополимеры имеют широкий спектр применений, таких как электролиты аккумуляторов и создание наноразмерных рисунков. Теплопроводность является критическим параметром во многих из этих приложений (, например, , батареи), который сильно зависит от молекулярной конформации. В этой работе перенос тепла в типичном диблок-сополимере полиэтилен (ПЭ) –полипропилен (ПП) при различных соотношениях блоков ПЭ и ПП изучается с помощью моделирования молекулярной динамики (МД).Наши результаты показывают, что теплопроводность диблок-сополимера PE-PP может непрерывно регулироваться соотношением блоков, и это сильно зависит от молекулярной конформации, характеризующейся радиусом вращения ( R _г ). Обнаружено, что увеличение доли ПП приводит к общей тенденции к снижению теплопроводности, поскольку блок ПП имеет более гибкий каркас, что приводит к меньшему пространственному протяжению всей молекулы сополимера ПЭ-ПП.Разложение по теплопроводности показывает, что вклад связывания является преобладающим в частях блок-сополимера как из полиэтилена, так и из полипропилена. Результаты этого исследования могут помочь понять перенос тепла в блок-сополимерах в целом.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Плотность, прочность, точка плавления, теплопроводность

О полипропилене

Полипропилен по своим свойствам схож с полиэтиленом, но он немного тверже и более термостойкий.Это белый механически прочный материал, обладающий высокой химической стойкостью. Полипропилен пригоден для вторичной переработки и имеет цифру «5» в качестве идентификационного кода смолы.

Сводка

Имя	Полипропилен
Фаза в STP	цельный
Плотность	900 кг / м3
Предел прочности на разрыв	27 МПа
Предел текучести	НЕТ
Модуль упругости Юнга	1.3 ГПа
Твердость по Бринеллю	50 BHN
Точка плавления	337 ° С
Теплопроводность	0,2 Вт / м · К
Теплоемкость	1700 Дж / г К
Цена	1.1 $ / кг

Плотность полипропилена

Типичные плотности различных веществ указаны при атмосферном давлении. Плотность определяется как масса на единицу объема . Это интенсивное свойство , которое математически определяется как масса, разделенная на объем: ρ = м / В

Проще говоря, плотность (ρ) вещества — это общая масса (m) этого вещества, деленная на общий объем (V), занимаемый этим веществом. Стандартная единица СИ составляет килограмма на кубический метр ( кг / м ³ ). Стандартная английская единица измерения — фунта массы на кубический фут ( фунт / фут ³ ).

Плотность полипропилена 900 кг / м ³.

Пример: плотность

Вычислите высоту куба из полипропилена, который весит одну метрическую тонну.

Решение:

Плотность определяется как масса на единицу объема . Математически это определяется как масса, разделенная на объем: ρ = м / В

Поскольку объем куба равен третьей степени его сторон (V = a ³), высоту этого куба можно вычислить:

Тогда высота этого куба равна a = 1.036 м .

Плотность материалов

Механические свойства полипропилена

Прочность полипропилена

В механике материалов прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Сопротивление материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала.При проектировании конструкций и машин важно учитывать эти факторы, чтобы выбранный материал имел достаточную прочность, чтобы противостоять приложенным нагрузкам или силам, и сохранять свою первоначальную форму.

Прочность материала — это его способность выдерживать эту приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Что касается растягивающего напряжения, способность материала или конструкции выдерживать нагрузки, имеющие тенденцию к удлинению, известна как предел прочности при растяжении (UTS). Предел текучести или предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести — это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация.В случае растягивающего напряжения однородного стержня (кривая «напряжение-деформация»), закон Гука описывает поведение стержня в упругой области. Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости для растягивающего и сжимающего напряжения в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается с помощью испытаний на растяжение.

См. Также: Сопротивление материалов

Предел прочности полипропилена на разрыв

Предел прочности полипропилена на разрыв 27 МПа.

Предел текучести полипропилена

Предел текучести полипропилена — N / A.

Модуль упругости полипропилена

Модуль упругости Юнга полипропилена составляет 1,3 МПа.

Твердость полипропилена

В материаловедении твердость — это способность противостоять поверхностному вдавливанию ( локализованная пластическая деформация ) и царапинам . Испытание на твердость по Бринеллю — это одно из испытаний на твердость при вдавливании, которое было разработано для испытания на твердость.При испытаниях по Бринеллю твердый сферический индентор под определенной нагрузкой вдавливается в поверхность испытываемого металла.

Число твердости по Бринеллю (HB) — это нагрузка, деленная на площадь поверхности вдавливания. Диаметр слепка измеряется с помощью микроскопа с наложенной шкалой. Число твердости по Бринеллю рассчитывается по формуле:

Твердость полипропилена по Бринеллю составляет приблизительно 50 BHN (пересчитано).

См. Также: Твердость материалов

Пример: прочность

Предположим, пластиковый стержень, сделанный из полипропилена. Этот пластиковый стержень имеет площадь поперечного сечения 1 см ². Рассчитайте растягивающее усилие, необходимое для достижения предельного значения прочности на разрыв для этого материала, которое составляет: UTS = 27 МПа.

Решение:

Напряжение (σ) можно приравнять к нагрузке на единицу площади или силе (F), приложенной к площади поперечного сечения (A), перпендикулярной силе, как:

, следовательно, сила растяжения, необходимая для достижения предела прочности на разрыв, составляет:

F = UTS x A = 27 x 10 ⁶ x 0.0001 = 2700 N

Сопротивление материалов

Упругость материалов

Твердость материалов

Тепловые свойства полипропилена

Полипропилен — точка плавления

Точка плавления полипропилена 337 ° C .

Обратите внимание, что эти точки связаны со стандартным атмосферным давлением. В общем, плавление представляет собой фазовый переход вещества из твердой в жидкую фазу.Температура плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое изменение. Точка плавления также определяет состояние, в котором твердое вещество и жидкость могут существовать в равновесии. Для различных химических соединений и сплавов трудно определить температуру плавления, поскольку они обычно представляют собой смесь различных химических элементов.

Полипропилен — теплопроводность

Теплопроводность полипропилена составляет 0,2 Вт / (м · К) .

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются с помощью свойства, называемого теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт / м · K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры.Для паров это также зависит от давления. Всего:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно записать k = k (T) . Подобные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

Полипропилен — удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость полипропилена 1700 Дж / г K .

Удельная теплоемкость, или удельная теплоемкость, — это свойство, связанное с внутренней энергией , которое очень важно в термодинамике. Интенсивные свойства c _v и c _p определены для чистых простых сжимаемых веществ как частные производные внутренней энергии u (T, v) и энтальпии ч. (Т, п) , соответственно:

, где индексы v и p обозначают переменные, фиксированные во время дифференцирования.Свойства c _v и c _p упоминаются как удельная теплоемкость (или теплоемкость ), потому что при определенных особых условиях они связывают изменение температуры системы с количеством энергии, добавленной за счет теплопередача. Их единицы СИ: Дж / кг K или Дж / моль K .

Пример: расчет теплопередачи

Теплопроводность определяется как количество тепла (в ваттах), передаваемое через квадратную площадь материала заданной толщины (в метрах) из-за разницы температур.Чем ниже теплопроводность материала, тем выше его способность сопротивляться теплопередаче.

Рассчитайте скорость теплового потока через стену площадью 3 x 10 м (A = 30 м ²). Стена толщиной 15 см (L ₁) изготовлена из полипропилена с теплопроводностью k ₁ = 0,2 Вт / м · К (плохой теплоизолятор). Предположим, что внутренние и внешние температуры составляют 22 ° C и -8 ° C, а коэффициенты конвективной теплопередачи на внутренней и внешней сторонах равны h ₁ = 10 Вт / м ² K и h ₂ = 30 Вт / м ² K соответственно.Обратите внимание, что эти коэффициенты конвекции сильно зависят, в частности, от внешних и внутренних условий (ветер, влажность и т. Д.).

Рассчитайте тепловой поток ( потери тепла ) через эту стену.

Решение:

Как уже было написано, многие процессы теплопередачи включают композитные системы и даже включают комбинацию проводимости и конвекции . С этими композитными системами часто удобно работать с общим коэффициентом теплопередачи , , известным как U-фактор .Коэффициент U определяется выражением, аналогичным закону охлаждения Ньютона :

Общий коэффициент теплопередачи связан с общим тепловым сопротивлением и зависит от геометрии проблемы.

Предполагая одномерную теплопередачу через плоскую стенку и не принимая во внимание излучение, общий коэффициент теплопередачи можно рассчитать как:

Тогда общий коэффициент теплопередачи равен: U = 1 / (1/10 + 0.15 / 0,2 + 1/30) = 1,13 Вт / м ² K

Тепловой поток можно рассчитать просто как: q = 1,13 [Вт / м ² K] x 30 [K] = 33,96 Вт / м ²

Суммарные потери тепла через эту стену будут: q _потери = q. A = 33,96 [Вт / м ²] x 30 [м ²] = 1018,87 Вт

Точка плавления материалов

Теплопроводность материалов

Теплоемкость материалов

Теплопроводность ненаполненных пластиков

На этот раз основное внимание уделяется теплопроводности ненаполненных пластиков.Их сотни, поэтому можно представить лишь небольшую подборку. С термической точки зрения, пластмассы — чрезвычайно сложное семейство. Различные источники показывают большие различия в теплопроводности, а справочники предоставляют диапазон значений для многих материалов вместо одного значения.

Причин много. Обращает на себя внимание изменение плотности, что ясно демонстрируют значения для полиэтилена в таблице ниже. Другой важный и часто упускаемый из виду источник (анизотропных) изменений в пластмассах, полученных литьем под давлением, — это скорость впрыска.Исследования показали, что можно достичь «металлических» значений на экстремальных скоростях из-за растяжения полимерных цепей в направлении потока.

Теплопроводность незаполненного пластика (Вт / м · К)

Акрилонитрил-бутадиен-стирол	АБС	0,14-0,21
Ацеталь	Делрин	0,23–0,36
Ацетат целлюлозы	CA	0.16-0,36
Диаллилфталат	Дапон	0,31
Эпоксидное		0,19
Этилцеллюлоза		0,23
Этилвинилацетат		0,08
Фенольный		0,17
Полиамид	Нейлон 6-11-12-66	0.24-0,3
Полиарамид	Кевлар, волокна Nomex	0,04–0,13
Поликарбонат	ПК	0,19-0,22
Политетрафторэтилен	ПТФЭ, тефлон	0,25
Полиэтилентерефталат	ПЭТ, Полиэстер	0,15-0,4
Полиэтилен L	Низкая плотность	0.33
Полиэтилен HD	Высокая плотность	0,45-0,52
Полиимид	Каптон	0,10-0,35
Полиметилметакрилат	ПММА, акрил, плексиглас, оргстекло	0,17-0,19
Полифениленоксид	ППО, Норыл	0,22
Полипропилен	PP	0.1-0,22
Полистирол	PS	0,1–0,13
Полисульфон		0,26
Полиуретан	PUR	0,29
Поливинилхлорид	ПВХ	0,12-0,25
Поливинилиденфторид	Кинан	0,1–0,25

В таблице также показан интересный диапазон теплопроводности с теплотехнической точки зрения.Например, разница между полиимидом и HD-полиэтиленом составляет пять раз, что соответствует разнице между естественной и принудительной конвекцией с точки зрения теплопередачи.

Все значения в таблице определены для комнатной температуры. Как показывает практика, теплопроводность увеличивается на несколько процентов в диапазоне 0–100 ° C. Только при очень низких температурах (обычно 40K) пластики демонстрируют явное снижение, в отличие от металлов, которые демонстрируют очень впечатляющий рост (Al:> 13000 Вт / м ² K!).

Примечание: наполнители могут вызывать некоторые из более высоких значений; вам необходимо проверить данные производителя. Источники (среди прочих): www.goodfellow.com, www.efunda.com.