Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
Elastomeerit ja
nanotäyteaineet – uusia
mahdollisuuksia
Minna Poikelispää, Alexandra Shakun,
Jyrki Vuorinen
Materiaalien s...
Kumit ja nano
– 100 vuoden kokemuksella
2 26.5.2016
www.denka.co.jp/eng/denzai/product/25.html
Noki Silika
http://www.nano...
Vähintään 1 dimensio < 100 nm
3 26.5.2016
http://www.debswebsdesign.com/clients/AquaNanoShield/what-is-nano-technology/
Mi...
Miksi nanoja kumiin?
26.5.2016 4
http://www.particlesciences.com/news/technical-
briefs/2011/nanotechnology-new-name-old-s...
Miksi nanoja kumiin?
26.5.2016 5
Pallomaiset
•Noki, metallioksidit, CaCO3, silika
Levymäiset
•Kaoliini
•Motmorilloniitti
•...
Nanotäyteaineiden haasteet
• Hydrofobinen kumi hydrofiilinen täyteaine
modifiointi
• Dispersio
6 26.5.2016
Nanotäyteineilla saavutetut
ominaisuusparannukset
• Lämmönkestävyys
• Mekaaniset ominaisuudet
• Lisääntynyt jäykkyys ja ko...
Hiilinanoputket
• Sylinterimäisiä fullereeneja
• Erittäin lujia
• Hyvin jäykkä päistä vedettäessä
– Kimmokerroin 1000 GPa
...
Hiilinanoputket kumissa
26.5.2016 9
0 50 100 150 200 250 300
0
1
2
3
4
5
6
7
8
EPDM_6
EPDM_9
EPDM_3
EPDM_2
EPDM_0
Engineer...
Partial replacement of CB by CNTs
26.5.2016
10
5 phr 10 phr
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15
Stress,MPa
CNT loading, phr
Tensi...
Nanodiamonds
• Promising
– stable diamond core
– highly reactive outer shell
– high thermal conductivity
– high electrical...
Nanodiamonds
26.5.2016 12
NR latex 0.1 phr 0.5 phr 1 phr 2 phr 1 phr (hydrogen.ND)
Carboxylated NDs
~0.3 mm thick films
NR...
Nanodiamonds
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
1.E-02 1.E+00 1.E+02 1.E+04 1.E+06
Dielectriclossfactor
Frequency, Hz
NR ...
Nanosavi
• Käytetyimpiä nanotäyteaineita
• Montmorilloniitti
– Yksi savipartikkeli koostuu tuhansista silikaattilevyistä
1...
Partial replacement of CB by
organoclay
26.5.2016 15Sapkota J., et al., Polymer Engineering and Science 53 (2013) 615-622
...
Halloysiitti nanoputket
• Moniseinämäinen kaoliini nanoputki
– Pituus 1-15 µm
– Sisähalkaisija 10-150 nm
16 26.5.2016
Pasb...
Partial replacement of carbon black by
HNTs in NR/BR compound
• Easier processing
• Lower storage, loss modulus and tan
de...
• The polarity of the HNT surface can be reduced
• The functional groups on the surface, mainly hydroxyl
groups, can be sh...
Partial replacement of CB by
plasma-treated HNTs in NR/BR
• The polarity of the HNTs
decreased
• Improved dispersion
• Sup...
Summary
• Nanofillers have come (a long time ago) to
age
• There is a lot of variety in nanofillers
• A development from u...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Elastomeerit ja nanotäyteaineet Turku Materials seminar 25 May 2016

167 views

Published on

Elastomeerit ja nanotäyteaineet – uusia
mahdollisuuksia.

Published in: Engineering
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Elastomeerit ja nanotäyteaineet Turku Materials seminar 25 May 2016

  1. 1. Elastomeerit ja nanotäyteaineet – uusia mahdollisuuksia Minna Poikelispää, Alexandra Shakun, Jyrki Vuorinen Materiaalien sovellukset yrityksille - Teemana muovit Turku 25.5.2016
  2. 2. Kumit ja nano – 100 vuoden kokemuksella 2 26.5.2016 www.denka.co.jp/eng/denzai/product/25.html Noki Silika http://www.nanoshel.com/product/carbon-black-nanopowder/ www.burchardt.name/BurchardtOnBalloonTiresT2M.doc
  3. 3. Vähintään 1 dimensio < 100 nm 3 26.5.2016 http://www.debswebsdesign.com/clients/AquaNanoShield/what-is-nano-technology/ Mikä nanotäyteaine? http://www.ipfdd.de/en/departments/institute-of-polymer-materials/elastomers/high-performance- elastomers-and-interfaces-in-filled-rubbers/reinforcing-filler-concepts/ https://www.cheaptubes.com/carbon-nanotubes-101/
  4. 4. Miksi nanoja kumiin? 26.5.2016 4 http://www.particlesciences.com/news/technical- briefs/2011/nanotechnology-new-name-old-science.html Koolla on väliä…
  5. 5. Miksi nanoja kumiin? 26.5.2016 5 Pallomaiset •Noki, metallioksidit, CaCO3, silika Levymäiset •Kaoliini •Motmorilloniitti •Illiitti Kuitumaiset •Hiilinanoputket •Halloysiitti Palmero, Nanomaterials 5 (2015) 656-696 Myös muodolla on väliä…
  6. 6. Nanotäyteaineiden haasteet • Hydrofobinen kumi hydrofiilinen täyteaine modifiointi • Dispersio 6 26.5.2016
  7. 7. Nanotäyteineilla saavutetut ominaisuusparannukset • Lämmönkestävyys • Mekaaniset ominaisuudet • Lisääntynyt jäykkyys ja kovuus • Kulumiskestävyys • Sähkönjohtavuus • Palonkestävyys • Kemiallinen kestävyys • Barrier-ominaisuudet 7Kumi-instituutin syysseminaari 26.5.2016 Ominaisuusparannuksiin vaikuttavat käytetty nanotäyteaine ja elastomeeri. Yhden ominaisuuden parantuessa, toinen ominaisuus voi heiketä.
  8. 8. Hiilinanoputket • Sylinterimäisiä fullereeneja • Erittäin lujia • Hyvin jäykkä päistä vedettäessä – Kimmokerroin 1000 GPa • Taivuteltaessa pehmeä kuin polymeeri • Sähköä johtava • Yksiseinämäiset (SWNT) • Moniseinämäiset (MWNT) 8 26.5.2016 http://www.nanowerk.com/news/newsid=19087.php
  9. 9. Hiilinanoputket kumissa 26.5.2016 9 0 50 100 150 200 250 300 0 1 2 3 4 5 6 7 8 EPDM_6 EPDM_9 EPDM_3 EPDM_2 EPDM_0 Engineeringstress,MPa Extension, % Lisää lujuutta, kovuutta, jäykkyyttä ja sähkönjohtavuutta Nopeampi vulkanoitumisprosessi 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 -6 1x10 -5 1x10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 EPCH-15CNTs-50IL EPCH-10CNTs-25IL EPCH-5CNTs-25IL EPCH-15CNTs-25IL EPCH-25IL EPCH Conductivity(S/m) Frequency (Hz) Hoikkanen M. et al., Journal of Composite Materials 2016
  10. 10. Partial replacement of CB by CNTs 26.5.2016 10 5 phr 10 phr 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 Stress,MPa CNT loading, phr Tensile Strength 100 % 300 % -100 -50 0 50 100 0,01 0,1 1 CNT 0 CNT 0.5 CNT 1 CNT 2 CNT 2.5 CNT 5 CNT 7.5 CNT 10 CNT 12.5 StorageModulus,GPa Temperature, o C 0 20 40 60 80 100 120 0.1 1 10 100 G',kPa Log strain, % CNT 0 CNT 1 CNT 2.5 CNT 5 CNT 7.5 CNT 10 CNT 12.5 Poikelispää M. et al., J. Appl. Polym. Sci 127 (2013) 4688-4696
  11. 11. Nanodiamonds • Promising – stable diamond core – highly reactive outer shell – high thermal conductivity – high electrical resistivity – biocompatibility – availability at reasonable prices • NDs tend to aggregate due to the presence of a number of functional surface groups – Chemical modification • Stable aqueous dispersions 26.5.2016 11 V.N. Mochalin et al., The properties and applications of nanodiamonds. Nat. Nanotechnol. 7 (2012) 11-23
  12. 12. Nanodiamonds 26.5.2016 12 NR latex 0.1 phr 0.5 phr 1 phr 2 phr 1 phr (hydrogen.ND) Carboxylated NDs ~0.3 mm thick films NR/carbND1 NR ref.
  13. 13. Nanodiamonds 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 1.E-02 1.E+00 1.E+02 1.E+04 1.E+06 Dielectriclossfactor Frequency, Hz NR latex/carboxylated NDs 1 phr 0.5 phr 0.1 phr 0 phr Area of interest for energy harvesting Mean values TS, MPa Eb, % M100, MPa M200, MPa NR/0 16.88 671.5 1.24 1.81 NR/carbND0.5 12.64 644.9 1.07 1.60 NR/carbND1 12.83 640.5 1.34 1.98 NR/carbND2 21.59 746.1 1.52 2.32 NR/hydrND1 19.08 740.7 0.97 1.49
  14. 14. Nanosavi • Käytetyimpiä nanotäyteaineita • Montmorilloniitti – Yksi savipartikkeli koostuu tuhansista silikaattilevyistä 14 26.5.2016 http://wellnessadvocate.com/?dgl=80194
  15. 15. Partial replacement of CB by organoclay 26.5.2016 15Sapkota J., et al., Polymer Engineering and Science 53 (2013) 615-622 Activation energies: • NR-CB 67 kJ/mol • NR-CB-Clay-QUAT 52 kJ/mol • NR-CB-Clay-PA 54 kJ/mol
  16. 16. Halloysiitti nanoputket • Moniseinämäinen kaoliini nanoputki – Pituus 1-15 µm – Sisähalkaisija 10-150 nm 16 26.5.2016 Pasbakhsh, P., et al., J. Appl. Polym. Sci 113 (2009)
  17. 17. Partial replacement of carbon black by HNTs in NR/BR compound • Easier processing • Lower storage, loss modulus and tan delta -> tyre applications • No significant changes in mechanical properties • TESPT-silane - no effect 26.5.2016 17 60oC Poikelispää M., et al. Journal of Elastomers and Plastics (2014) 0095244314538436
  18. 18. • The polarity of the HNT surface can be reduced • The functional groups on the surface, mainly hydroxyl groups, can be shielded • The chemical composition of the surface can be changed to hydrocarbons • Functional groups can be created in the surface 1826.5.2016 Plasma treatment
  19. 19. Partial replacement of CB by plasma-treated HNTs in NR/BR • The polarity of the HNTs decreased • Improved dispersion • Suppresses reversion • Improved mechanical properties (polymer-filler interaction) • Higher tan delta 26.5.2016 19 0 2 4 6 8 10 12 0 9 18 27 36 45 Torque,dNm Time, min CB HNT Py90-HNT Thi90-HNT 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 2 4 6 8 10 Weightchange,g Time, min HNT Py90-HNT Thi90-HNT 160oC Poikelispää M. et al., J. Appl. Polym. Sci 127 (2013) 4688-4696
  20. 20. Summary • Nanofillers have come (a long time ago) to age • There is a lot of variety in nanofillers • A development from universal magic stuff to a tool for material developer, mainly for specific properties i.e. functionality • TUT has been working in the area for over 10 years and work still continues: Graphene and GO filled polymers for hydrogen storage and nanofilled energy harvesting elastomers 26.5.2016 20

×