Вивчення впливу масової частки порошків різних типів на теплопровідність та гомогенність суміші епоксидної смоли

Автор(и)

  • S.K. Omar University Presidency, University of Telafer
  • E.E. Khadeer College of Science, University of Mosu

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe71.5.478

Ключові слова:

оксид алюмiнiю (Al2O3), вуглецевi наночастинки (CNP), епоксидна сумiш, ослаблення гамма-випромiнювання, тест на гомогеннiсть, оксид нiкелю (NiO), полiмерний композит, сканувальна електронна мiкроскопiя (SEM), теплопровiднiсть, оксид цинку (ZnO)

Анотація

У цьому дослiдженнi вивчався вплив масових часток (10–50 мас.%) вуглецевих наночастинок (CNP), а також порошкiв Al2O3, NiO та ZnO на теплопровiднiсть та гомогеннiсть епоксидної сумiшi у спiввiдношеннi 50 : 50. Сканувальна електронна мiкроскопiя (SEM) виявила рiзнi морфологiї поверхнi: композити NiO мали гладенькi поверхнi з мiнiмальними промiжками за низьких концентрацiй, але утворювали великi порожнечi при 50 мас.%, тодi як поверхнi Al2O3 демонстрували трiщини та посилене утворення бульбашок у разi вищих рiвнiв наповнення. Композити ZnO та CNP мали шорсткi, пористi поверхнi зi значною агломерацiєю при 50 мас.%. Всi наповнювачi покращили теплопровiднiсть сумiшi порiвняно з чистою епоксидною смолою (0,938 Вт/(м · K)), причому найбiльше покращення продемонстрував NiO (32,5–46,3%), далi йдуть ZnO (28–38,7%), Al2O3 (19,5–31,3%) та CNP (11,2–16,7%). Тести для визначення рiвня гомогенностi за допомогою методу ослаблення гамма-випромiнювання (джерело 241Am) показали, що композити ZnO досягли найвищої однорiдностi (найнижчий Δμ% та стандартне вiдхилення σμ = 0, 004–0,02%), то-дi як композити NiO були найменш однорiдними. Важливо, що рiвномiрний розподiл частинок ZnO також забезпечив краще екранування гамма-випромiнювання (μ = 0,108–0,205 см−1), тодi як гетерогеннiсть NiO погiршувала ефективнiсть його ослаблення.

Посилання

1. B. Bilyeu, W. Brostow, K.P. Menard. Determination of volume changes during cure via void elimination and shrinkage of an epoxy prepreg using a quartz dilatometry cell. Polimery 46, 799 (2001).

https://doi.org/10.14314/polimery.2001.799

2. B. Bilyeu, W. Brostow, K.P. Menard. Epoxy thermosets and their applications. III. Kinetic equations and models. J. Mater. Ed. 23, 189 (2001).

https://doi.org/10.1002/pc.10505

3. Z. Guo, X.T. Liang, R.S. Pereira, T. Hahn. CuO nanoparticle filled vinyl-ester resin nanocomposites: Fabrication, characterization and property analysis. Compos. Sci. Technol. 67 (10), 2036 (2007).

https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2006.11.017

4. M. Singla, V. Chawla. Mechanical properties of epoxy resin-fly ash composite. J. Miner. Mater. Charact. Eng. 9 (3), 199 (2010).

https://doi.org/10.4236/jmmce.2010.93017

5. H.M. Ali, R.A. Rasool, S.Y. Moustafa. Reinforcement effect of alumina and silica on the mechanical properties of mixture polyesters (Unsaturated Polyester/Polyurethane). Rafidain J. Sci. 29 (2), 36 (2020).

https://doi.org/10.33899/rjs.2020.165365

6. E.E. Khadeer, M.A. Abed, M.A. Hmood. The optical properties of unsaturated polyester reinforcement by glass fibers. Jordan J. Phys. 17 (2), 155 (2024).

https://doi.org/10.47011/17.2.3

7. J. Kim, P.H. Kang, Y.C. Nho. Positive temperature coefficient behavior of polymer composites having a high melting temperature. J. Appl. Polym. Sci. 92 (1), 394 (2004).

https://doi.org/10.1002/app.20064

8. E.K. Hemadi, K.K. Al ahmady, E.Z. Sulyman. Improvement of mechanical and thermal properties of unsaturated polyester resin by adding iron residues. College of Basic Educ. Res. J. 20 (4), (2024).

https://doi.org/10.33899/berj.2024.185738

9. S.L. Shind'e, J.S. Goela. High Thermal Conductivity Materials (Springer, 2006) [ISBN: 0-387-25100-6].

https://doi.org/10.1007/b106785

10. B.M. Tyson, R.K.A. Al-Rub, A. Yazdanbakhsh, Z. Grasley. A quantitative method for analyzing the dispersion and agglomeration of nano-particles in composite materials. Compos. Part B 42, 1395 (2011).

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2011.05.020

11. Thonon Hassaneh Hadi, Hussein Nour al-Din. Mechanical and physical properties of epoxy and unsaturated polyether complexes reinforced with glass fiber and nanomaterial alumina powder. J. Educ. Sci. 28 (1), 150 (2019).

https://doi.org/10.33899/edusj.2019.161055

12. M. Jahedi, M.H. Paydar, M. Knezevic. Enhanced microstructural homogeneity in metal-matrix composites developed under high-pressure-double-torsion. Mater. Charact. 104, 92 (2015).

https://doi.org/10.1016/j.matchar.2015.04.012

13. N.N. Greenwood, A. Earnshaw. Chemistry of the Elements (Elsevier, 2012) [ISBN: 0-7506-3365-4].

14. M. Nambo, K. Itami. Synthesis of New Nanocarbon Materials (Access Science, 2009).

15. T. Laird. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (VCH, 1996/1997).

16. A.O. Ameh, M.T. Isa, I. Sanusi. Effect of particle size and concentration on the mechanical properties of polyester/date palm seed particulate composites. Leonardo Electron. J. Pract. Technol. 14 (26), 65 (2015).

17. E.E. Ghadeer, R.Z.A. Al-Fulayih, Z.B. Ibraheem. Study of the effect of adding glass and carbon powders on optical behavior of unsaturated polyester resin. AIP Conf. Proc. 2394, 090023 (2022).

https://doi.org/10.1063/5.0121875

18. E.E. Khadeer, T.M. Khudhur, R.Z.A. Al-Fulayih, Y. AlSalman. Study of the effect of water and nitric acid on epoxy resin reinforced with different weight ratios of glass and carbon powder. Oxid. Commun. 48 (1), 4038 (2025).

19. J.E. Mark. (Ed.) Physical properties of polymers handbook (Springer, 2007) [ISBN-13: 978-0-387-69002-5].

https://doi.org/10.1007/978-0-387-69002-5

20. M.J. Ahmed. To Fabricated and Study Mechanical Properties and Homogeneous of (Al-Zn-Mg) Alloy Matrix Composite. M.Sc. Thesis, College of Education, University of Mosul, Iraq (2013).

21. M.T. Tcil, C.S. Mahajan, R. Nathuram. Measurement of mass and Linear attention coefficient of gamma rays for various through aqueous soloution of salts. Indian J. Pure 39, (2001).

22. V.D. Cherkasov, V.V. Avdonin, Y.V. Yurkin, Y.P. Scherbak, M.E. Buzoverya, I.A. Karpov, V.O. Pilshchikov. Research of radiation resistance of polymer composite materials. Mater. Phys. Mech. 44 (3), 433 (2020).

23. K.W.Y. Al-Baroudi. Effect of Changing the Weight Fractions of Different Powders on Some Physical Properties of Epoxy Composites. M.Sc. Thesis, University of Mosul, College of Science, Mosul, Iraq (2021).

24. C.A. Chatham, T.E. Long, C.B. Williams. A review of the process physics and material screening methods for polymer powder bed fusion additive manufacturing. Prog. Polym. Sci. 93, 68 (2019).

https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2019.03.003

25. R. Kochetov, T. Andritschet, U. Lafont, H.F. Morshuis Peter. Thermal conductivity of nano-filled epoxy systems. Proc. IEEE Conf. Electr. Insul. Dielectr. Phenom. 538 (2009).

https://doi.org/10.1109/CEIDP.2009.5377801

26. R. Atif, I. Shyha, F. Inam. Mechanical, thermal, and electrical properties of graphene-epoxy nanocomposites-A review. Polymers 8 (8), 281 (2016).

https://doi.org/10.3390/polym8080281

27. J. Hu, X. Ruan, Y.P. Chen. Thermal conductivity and thermal rectification in graphene nanoribbons: A molecular dynamics study. Nano Lett. 9 (7), 2730 (2009).

https://doi.org/10.1021/nl901231s

28. J. Che, T. Cagin, W.A. Goddard III. Thermal conductivity of carbon nanotubes. Nanotechnology 11 (2), 65 (2000).

https://doi.org/10.1088/0957-4484/11/2/305

29. D.Y. Jiang, Q. Zhang, G. Chen, S.F.Yoon, J. Ahn, S.G. Wang, Q. Zhou, Q. Wang, J.Q. Li. Thermal conductivity of multiwalled carbon nanotubes. Phys. Rev. B 66 (16), 165440 (2002).

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.165440

30. S. Park, Y. Lee, B. Kim, J.H. Kim, Y.G. Jeong. Thermal conductivity and mechanical properties of epoxy composites filled with aluminum nitride and boron nitride nanotubes. Composites Part B: Engineering 202, 108428 (2020).

31. A.A. Al-Ghamdi, H.A. Al-Turaif, A.A. Abdelaziz. Epoxy/nickel oxide nanocomposites: Fabrication, evaluation of physical properties. J. Mater. Sci. 51, (22), 10146 (2016).

32. M.A. Rafiee, J. Rafiee,I. Srivastava, Z. Wang, H. Song, Z.-Z. Yu., N. Koratkar. Enhanced mechanical properties of nanocomposites at low graphene content. ACS Nano 4 (12), 7415 (2010).

https://doi.org/10.1021/nn102529n

33. K. Naresh, K. Shukla, V. Choudhary, B.S. Tomar. Role of Bi2O3 on shielding of epoxy composites against gamma radiation. Radiation Phys. Chem. 179, 109267 (2021).

Завантаження

Опубліковано

2026-05-11

Номер

Том 71 № 5 (2026)

Розділ

Структура речовини

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.

Як цитувати

Вивчення впливу масової частки порошків різних типів на теплопровідність та гомогенність суміші епоксидної смоли. (2026). Український фізичний журнал, 71(5), 478. https://doi.org/10.15407/ujpe71.5.478