عنوان

ساخت و توسعه کامپوزیت‌های انعطاف پذیر الکتریکی و دی الکتریکی تیتانیا/PVC

شماره

پ۲۸۳۳۹

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

ساخت و توسعه کامپوزیت‌های انعطاف پذیر الکتریکی و دی الکتریکی تیتانیا/PVC

نام نخستين پديدآور

مهدی جسوریان

نام ناشر، پخش کننده و غيره

مهندسی مکانیک

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۴۰۱

نام خاص و کميت اثر

۱۱۸ص.

مواد همراه اثر

سی دی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

کارشناسی ارشد

نظم درجات

مهندسی مواد-گرایش شناسایی و انتخاب مواد مهندسی

زمان اعطا مدرک

۱۴۰۱/۱۱/۱۸

متن يادداشت

هدف از این پژوهش بررسی تاثیر افزودن تقویت کننده سرامیکی بر خواص مکانیکی و الکتریکی پلیمر‌ها است. در همین راستا مطالعات نشان می‌دهد که مواد دی الکتریک به طور گسترده در سیستم‌های الکترونیکی و دستگاه های الکتریکی استفاده می‌شوند. از دی الکتریک های رایج می‌توان به پلیمرها و هم ترکیبات معدنی، مانند سرامیک ها و کریستال ها اشاره کرد. به طور کلی، دمای فرآیند پایین، قابلیت انعطاف پذیری، توانایی مقاومت در برابر ضربه مکانیکی بالا و ثابت دی الکتریک پایین، مهم ترین ویژگی هایی است که برای پلیمر‌ها بیان می‌شود. از طرف دیگر سرامیک ها و کریستال ها به دمای فرآیند بالایی نیاز دارند، شکننده هستند و دارای ثابت دی الکتریک بالا با میدان شکست کم هستند. پلیمر PVC با قیمت پایین تر، دسترسی آسان تر به مواد اولیه آن نسبت به سایر پلیمر‌ها و به عنوان دومین پلیمر ترموپلاستیک پرکاربرد، در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفت. در میان نانو پرکننده‌های معدنی مختلف، نانو ذرات TiO2 به دلیل ویژگی‌های خاص خود از جمله غیر سمی بودن و هزینه کم به‌عنوان یک افزودنی در صنایع پلاستیک کاربرد فراوانی دارند. همچنین پراکندگی نانوذرات TiO2 در زمینه پلی وینیل کلرید منجر به ایجاد یک ماده پلیمری با کارایی بالا با خواص مکانیکی و الکتریکی خاص می‌شود.در این مطالعه ابتدا پودر TiO2 در دما و زمان های مختلف به روش سل ژل تهیه شد و با استفاده از آنالیز XRD نمونه‌ی تهیه شده در مدت زمان 5 ساعت و دمای 600 درجه سانتی گراد به دلیل مشاهده به صورت تک فاز روتایل به عنوان نمونه بهینه انتخاب و در سه غلطت %wt 3 ، 6 و 9 و دمای C° 190 با روش‌ اختلاط مذاب به پلیمر PVC افزوده شد. جهت مشخصه‌یابی کامپوزیت از تصاویر SEM، آنالیزXRD، FTIR و روش های گرماسنجی حرارتی استفاده شد در نهایت خواص مکانیکی و الکتریکی با استفاده از آزمون کشش و تست های دی الکتریک بررسی شد. طیف FTIR، پیوند های Ti-O را در کامپوزیت نشان می‌دهد. طبق نتایج XRD با افزایش تقویت کننده از 3 به %wt 9 پیک های فاز روتایل شدت بیشتری پیدا می‌کند. در نتایج آزمون گرماسنجی نیز مشاهده شد که با افزایش مقدار تقویت کننده میزان گرمای لازم برای ذوب افزایش یافته و دمای ذوب تقریباً ثابت است. نتایج آزمون های الکتریکی نشان می‌دهد که در دمای C° 50 در فرکانس ثابت با افزایش درصد وزنی تقویت کننده ثابت دی الکتریک تا 40 افزایش میابد اما در همه نمونه ها با افزایش فرکانس ثابت دی الکتریک کاهش پیدا می‌کند. تلفات دی الکتریک با افزایش تقویت کننده از 2.5 تا 0.7 کاهش پیدا کرده است و نمونه حاوی %wt 9 ، TiO2 کمترین تلفات را دارد. بررسی اثر دما روی هر سه نمونه نشان داده است که با افزایش دما تا C° 75 ثابت دی الکتریک نیز افزایش یافته است. در دمای ثابت با افزایش فرکانس، رسانایي ماده افزایش پیدا مي‌کند و در فرکانس ثابت با افزایش درصد تقویت کننده تا%wt 9 ، رسانایي ماده از S/m 6-10 × 4.7 تا 5-10 × 3.7 در 100هرتز افزایش پیدا مي‌کند. طبق نتایج آزمون کشش با افزودن تقویت کننده مدول یانگ از 94/14(مربوط به نمونه بدون تقویت کننده) تاMPa 71/27 (مربوط به نمونه با %wt 9تقویت کننده) افزایش یافته است. تصاویر SEM هم توزیع یکنواختی از تقویت کننده را در زمینه نشان می‌دهد. در کل جمع بندی نتایج نشان داد دو نمونه حاوی %wt 6 و9 تقویت کننده دارای خواص مشابهی بوده اند که در برخی آنالیزها نتایج به دلیل تفاوت در میزان کلوخه شدن و آگلومره بودن روند یکنواخت کاهشی یا افزایشی نداشته است.

متن يادداشت

The aim of this research is to improve the mechanical and electrical properties of polymers by adding ceramic reinforcement. In this regard, studies show that different dielectric materials including gases, liquids and solids are widely used in electronics, electrical devices and systems. Regarding solid dielectrics, both polymers and inorganic compounds, such as ceramics and crystals, are common materials. In general, low process temperature, flexibility, ability to resist high mechanical impact and low dielectric constant are the most important properties that are expressed for polymers. Ceramics and crystals require high process temperatures, are brittle, and have a high dielectric constant with a low breakdown field. 0-3 composites have flexibility and are easily made. PVC polymer as the second most widely used thermoplastic polymer, with a lower price and easier access to its raw materials than other polymers was studied in this research. Among various mineral nanofillers, TiO2 nanoparticles are widely used as an additive in plastic industries due to their special characteristics, including non-toxicity, chemical inertness, and low cost. Also, the dispersion of TiO2 nanoparticles in the field of polyvinyl chloride leads to the creation of a high-performance and multi-purpose polymer material with special processing properties and its synthesis is easier than other ceramic powders, therefore this nano powder was selected for research. Finally, various methods are used to make composites, such as sol-gel, in situ polymerization, melt mixing, and etc.In the present study, at first, TiO2 powder was prepared at different temperatures and times (using the sol-gel method) and finally, by examining the XRD analysis, a sample with a time of 5 hours and a temperature of 600 ºC was selected as the optimal sample due to its single-phase rutile And it was added to PVC polymer in three different %wt values of 3, 6 and 9 by melt mixing method and temperature of 190°C. The aim of this research is to improve the dielectric properties of the composite with electrical tests. To this goal, scanning electrom microscopy (SEM), XRD analysis, FTIR and thermal calorimetry methods were used, finally tensile test was used to check the mechanical properties.According to the FTIR spectrum, Ti-O bonds can be seen in the composite. XRD results indicate that the rutile phase peaks become more intense with the increase of the enhancer from 3 to 9 wt%. The calorimeter test reveals that the amount of heat required for melting increases with increasing the amount of reinforcement and the melting temperature is almost constant. Based on data from the electrical tests, at a temperature of 50°C at a constant frequency, the dielectric strength increases up to 40 with the increase in the weight percentage of the dielectric constant amplifier, but in all samples, it decreases with the increase in the frequency of the dielectric constant. The dielectric loss has decreased from 2.5 to 0.7 with the increase of the amplifier, and the sample containing 9%wt TiO2 has the lowest loss. Examining the effect of temperature on all three samples has shown that the dielectric constant also increased with the increase in temperature up to 75°C.Examining the effect of temperature on all three samples has shown that the dielectric constant also increased with the increase in temperature up to 75°C. At a constant temperature, the conductivity of the material increases with increasing frequency, and at a constant frequency, with an increase in the percentage of reinforcement up to 9%wt, the conductivity of the material increases from 4.7× 10-6 to 3.7× 10-5 at 100 Hz. According to the tensile test results, with the addition of reinforcement, the Young's modulus has increased from 14.94 (related to the sample without reinforcement) to 27.71 MPa (related to the sample with 9%wt of the reinforcement).

عنوان گونه گون

Development and Characterization of Next Generation Flexible Dielectrical and Electrical titania/ PVC composites

عنصر شناسه اي

‏‏جسوریان،

ساير عناصر نام

مهدی

کد نقش

تهیه کننده

عنصر شناسه اي

خامنه اصل،

عنصر شناسه اي

‏پیغمبردوست،

ساير عناصر نام

‏‏شهاب

ساير عناصر نام

‏سید جمال الدین

تاريخ

استاد راهنما

تاريخ

استاد مشاور

عنصر شناسه اي

‏تبریز