Registration Number
0825U002970, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
20-08-2025
popup.evolution
o
Title
Technologies of additive manufacturing of electrically conductive polymer composites.
Author
Taras Fedoriv,
popup.head Bohdan M. Savchenko
popup.opponent Volodymur Levytskii
popup.opponent Oleksandr Sokolskyi
popup.opponent Nataliia Bereznenko
popup.review Viktoriia P. Plavan
popup.rada
Kyiv National University of Technologies and Design
Description
Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливого науково-практичного завдання зі створення нових, більш ефективних, електропровідних полімерних композиційних матеріалів для адитивного виробництва. Актуальність роботи обумовлена неохідністю покращення комплексу електричних, механічних, антипіренних та радіопоглинальних характеристик полімерних композитів, що використовуються в адитивних технологіях. Обмеженість наявних рішень та відсутність комплексних досліджень взаємозв'язку між складом, технологічними параметарами та кінцевими властивостями матеріалів обумовлює необхідність створення нових ефективних композицій. Запропоновані у роботі технологічні та матеріалознавчі підходи дозволяють формувати вироби з чітко контрольованими властивостями, відкриваючи нові можливості для їх застосування в радіолокаційній техніці, електроніці, системах живлення та інших галузях.
Мета роботи полягає у розробці технологій адитивного виробництва електропровідних полімерних композиційних матеріалів. Об’єктом дослідження є явище формування перколяційних шляхів електропровідних наповнювачів в структурі полімерних композиційних матеріалів в процесі адитивного виробництва.
Предметом дослідження є технології адитивного виробництва електропровідних полімерних композитів.
Основні положення, що визначають наукову новизну дисертаційної роботи, полягають у наступному:
1. Вперше було встановлено, що критичний вміст технічного вуглецю для утворення перколяційної структури в матриці термопластичного поліуретану (ТПУ) становить 17 ± 2 %, тоді як у ПЕТГ — 20–23 %. У випадку вуглецевих нанотрубок критичний вміст у ТПУ становить 4,5 ± 0,7 %, а в ПЕТГ — 6,0–6,8 %. Це свідчить про вищу здатність гнучкої матриці термопластичного поліуретану до орієнтації та фіксації провідних шляхів завдяки нижчій релаксаційній в’язкості, порівняно з ПЕТГ.
2. Вперше створено та досліджено електропровідні композиції на основі термопластичного поліуретану (ТПУ) та поліетилентерефталат-гліколю (ПЕТГ) з вуглецевими нанотрубками, модифіковані декабромдифенілетаном. Виявлено, що додавання 20% декабромдифенілетану забезпечує зниження поверхневого опору композиту з 0,38 Ом/□ до 0,09 Ом/□, що зумовлює зростання провідності на 76 % а також дозволяє суттєво підвищити антипіренні властивості композицій. Для композицій на основі ПЕТГ аналогічне введення приводить до зниження поверхневого опору з 1,3 Ом/□ до 0,57 Ом/□ (56%). Така поведінка поєднання діелектричного та електропровідного наповнювача, ймовірно, свідчить саме про хімічний вплив галогенної природи діелектричного наповнювача на провідність ЕПК, адже за використання діелектричного карбонату кальцію за того ж вмісту наповнювача поверхневий опір зменшувався не більше ніж на 53%.
3. Встановлено, що введення 20% карбонільного заліза до складу ТПУ та ПЕТГ з вуглецевими нанотрубками забезпечує значне підвищення електропровідності композицій, знижуючи поверхневий опір до значень менше ніж 0,09 Ом/□, а об'ємний опір – до 6,9 Ом·м. Це зниження пов'язане з утворенням додаткових електропровідних містків між окремими нанотрубками завдяки частинкам карбонільного заліза, що забезпечує високий рівень електропровідності, а також підвищенням об’ємної концентрації вуглецевих нанотрубок у структурі полімерного композиту.
4. Виявлено анізотропію електричних властивостей при адитивному виробництві зразків із ТПУ та ПЕТГ з композитними наповнювачами на основі вуглецевих нанотрубок. Зразки, надруковані з орієнтацією шарів за схемою «0°/90°», демонструють зниження поверхневого опору до 35% порівняно зі зразками, надрукованими з однорідною орієнтацією шарів (0°). Це зумовлено особливостями формування електропровідних шляхів у тривимірній структурі, що значно підвищує провідність у декількох напрямах одночасно.
5. Виявлено наявність терморезистивного ефекту у досліджених електропровідних композитів з вуглецевими нанотрубками. Показано, що підвищення температури від 20 до 90 °C призводить до зростання поверхневого опору на 8-10%, а об'ємного опору – на 12-15%, що пов'язано з тепловим розширенням полімерної матриці та порушенням міжчасткових контактів наповнювачів. Зміна об’ємного опору на 1 °C становить у ТПУ-композитах у середньому 0,03–0,06 Ом·м/°C, тоді як у ПЕТГ-композитах цей показник досягає 0,07–0,09 Ом·м/°C. Ці результати важливі для прогнозування електропровідних характеристик композитів при різних температурах експлуатації.
6. Отримали подальший розвиток уявлення про можливості регулювання електропровідних, радіопоглинальних та механічних властивостей полімерних композитів шляхом зміни щільності заповнення та типу внутрішньої структури виробів при адитивному виробництві. Виявлено, що найбільш раціональною для маскувальних виробів є комірчаста структура із щільністю лінійного заповнення близько 5%.
Registration Date
2025-07-16
popup.nrat_date
2025-07-16 / 2026-07-01
