Thermal properties of PP-SiO2 composites filled with Stöber silica

• Autorzy: Jakubowska P. , Osińska-Broniarz M. , Martyla A. , Sztorch B. , Sierczyńska A. , Kopczyk M. , Przekop R.

Warianty tytułu

PL

Właściwości termiczne kompozytów PP-SiO2 napełnianych krzemionką typu Stöbera

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper analyses the impact of ceramic particles on the thermal properties and flammability of polymer composites. The research subject concerns polypropylene-based composites. Polypropylene was modified with Aerosil 200 commercial silica and Innosilica silica obtained by means of a modified Stöber method. The input material with a variable content of SiO2: amounting to 1, 5 and 10% was produced during injection. The heat resistance of the obtained composites was specified by the determining the Vicat softening temperature (VST) and heat deflection temperature (HDT), and based on differential scanning calorimetry (DSC) measurements, thermogravimetric analysis (TG) and thermal diffusivity (Df). A fire resistance test of the studied composites was also carried out. It was found that silica added to the polypropylene matrix has a favourable influence on or does not worsen the heat resistance of the studied composites. It was also noticed that all the composites, especially those with a 1% filler content, have a greater degree of flammability compared to the input polymer.

PL

Kompozytem nazywamy materiał składający się z dwóch lub większej liczby różnych materiałów możliwych do wyodrębnienia metodami mechanicznymi, rozłożonych w kontrolowany sposób w celu nadania optymalnych właściwości danego kompozytu oraz posiadających właściwości wyjątkowe i lepsze niż jego indywidualne składniki. Składnik ciągły kompozytu, który często występuje w większej ilości, nazywany jest osnową. W niniejszej pracy analizie poddano wpływ cząstek ceramicznych na właściwości cieplne oraz palność kompozytów polimerowych. Przedmiot badań stanowiły kompozyty na bazie polipropylenu modyfikowanego krzemionką handlową Aerosil 200 oraz krzemionką Innosilica, otrzymywaną modyfikowaną metodą Stöbera. Materiał wejściowy o zmiennej zawartości SiO2: 1, 5 i 10% wytworzono w procesie wtryskiwania. Określono odporność cieplną wytworzonych kompozytów poprzez oznaczenie temperatury mięknienia wg Vicata (VST), temperatury ugięcia pod obciążeniem (HDT) oraz na podstawie: pomiarów różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), analizy termograwimetrycznej (TG) oraz dyfuzyjności cieplnej (Df). Przeprowadzono również próbę odporności ogniowej badanych kompozytów. Stwierdzono, że dodatek krzemionki do osnowy polipropylenowej wpływa korzystnie lub nie pogarsza odporności cieplnej badanych kompozytów. Zauważono ponadto, że wszystkie kompozyty w porównaniu do wejściowego polimeru charakteryzują się większą stabilnością procesu palenia, w szczególności kompozyty zawierające dodatek napełniacza w postaci Innosilica. Podkreślić należy także, że poza liniową szybkością palenia każdorazowo lepsze właściwości charakteryzują materiały kompozytowe wytworzone na bazie krzemionki Innosilica.

Słowa kluczowe

EN

sol-gel; silica filler; Stöber; thermal properties; composite; polypropylene

PL

sol-gel; napełniacz krzemionkowy; Stöber; właściwości termiczne; kompozyt; polipropylen

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 3
• Strony: 161--166
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jakubowska P.

• Poznan University of Technology, Institute of Chemical Technology and Engineering, ul. Berdychowo 4, 60-965 Poznan, Poland

autor

Osińska-Broniarz M.

• Central Laboratory of Batteries and Cells, Institute of Non-Ferrous Metals, Division in Poznan, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznan, Poland

autor

Martyla A.

• Central Laboratory of Batteries and Cells, Institute of Non-Ferrous Metals, Division in Poznan, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznan, Poland

autor

Sztorch B.

• A. Mickiewicz University, Faculty of Chemistry, ul. Umultowska 89b, 61-614 Poznan, Poland

autor

Sierczyńska A.

• Central Laboratory of Batteries and Cells, Institute of Non-Ferrous Metals, Division in Poznan, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznan, Poland

autor

Kopczyk M.

• Central Laboratory of Batteries and Cells, Institute of Non-Ferrous Metals, Division in Poznan, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznan, Poland

autor

Przekop R.

• Center of Advanced Technologies Adam Mickiewicz University, ul. Grunwaldzka 6, 60-780 Poznan, Poland

Bibliografia

• [1] Jurkowski B., Jurkowska B., Rydarowski H., Niektóre aspekty badań palności kompozytów polimerowych, Mechanika Czasopismo Techniczne 2009, 3, 145-152.
• [2] Fakuyama Y., Kawai T., Kuroda S.I., Toyonaga M., Taniike T., Terano M., The effect of the addition of polypropylene grafted SiO2 nanoparticle on the crystallization behavior of isotactic polypropylene, J. Therm. Anal. Calorim. 2013, 113, 1511-1519.
• [3] Srisawat N., Nithitanakul M., Srikulkit K., Spinning of fibers from polypropylene/silica composite resins, J. Compos. Mater. 2012, 46, 99-110.
• [4] Zhou T.H., Ruan W.H., Mai Y.L., Rong M.Z., Zhang M.Q., Performance improvement of nano-silica/polypropylene composites through in-situ cross-linking approach, Compos. Sci. Technol. 2008, 68, 2858-2863.
• [5] Zu L., Li R., Jin L., Lian H., Liu Y., Cui X., Preparation and characterization of polypropylene/silica composite particle with interpenetrating network via hot emulsion sol-gel approach, Prog. Natural Sci. Mater. Int. 2014, 24, 42-49.
• [6] Yang J., Huang L., Zhang Y., Chen F., Zhong M., Mesoporous silica particles grafted with polystyrene brushes as a nucleation agent for polystyrene supercritical carbon dioxide foaming, J. Appl. Polym. Sci. 2013, 130, 4308-4317.
• [7] Feng L., Ye J., Qiang X., Zhang H., Syntheses of an azogroup-bound silica initiator and silica-polystyrene composites, J. Appl. Polym. Sci. 2011, 121, 454-461.
• [8] Parvinzadeh M., Moradian S., Rashidi A., Yazdanshenas M.E., Surface characterization of polyethylene terephthalate/silica nanocomposites, Appl. Surf. Sci. 2010, 256, 2792-2802.
• [9] Kimura M., Nakamura K., Tsutsumi K., Surface free energies of silica fillers and their relation to the adsorption of poly(ethylene terephthalate), J. Colloid. Interface Sci. 2004, 279, 509-514.
• [10] Bugnicourt E., Galy J., Gérard J.-F., Barthel H., Effect of sub-micron fillers on the mechanical performances of epoxy-based composites, Polymer 2007, 48, 1596-1605.
• [11] Teh P.L., Mariatti M., Akil H.M., Yeoh C.K., Seetharamu K.N., Wagiman A.N.R., Beh K.S., The properties of epoxy resin coated silica fillers composites, Mater. Lett. 2007, 61, 2156-2158.
• [12] Janes D.W., Moll J.F., Harton S.E., Durning C.J., Dispersion morphology of poly(methyl acrylate)/silica nanocomposites, Macromol. 2011, 44, 4920-4927.
• [13] Kyritsis A., Spanoudaki A., Pandis C., Hartmann L., Pelster R., Shinyashiki N., Rodríguez Hernández J.C., Gómez Ribelles J.L., Monleón Pradas M., Pissis P., Thermal transitions and dynamics in nanocomposite hydrogels, J. Therm. Anal. Calorim. 2012, 108, 1067-1078.
• [14] Jakubowska P., Sterzyński T., Thermal diffusivity of polyolefin composites highly filled with calcium carbonate, Polimery 2012, 57, 271-275.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.