Halloysite nanotrubky jako nové nanoplnivo pro kabelové polymerní směsi

Ing. Michal ČERMÁK

Disertační práce

Anotace:

Předložená práce shrnuje poznatky v oblasti využití Halloysite nanotrubek jako perspektivního nanoplniva v kabelových polymerních nanokompozitech, u kterých je vyžadována zvýšená požární bezpečnost. V úvodní kapitole je proto zaměřena pozornost na vývoj technických norem a legislativních opatření v rámci Evropské unie, které v průběhu posledních let dramaticky zvýšily požadavky na technické parametry kabelů určených pro stavebnictví, a to zejména v oblasti reakce kabelu na oheň. Následně je pozornost upřena na teorii formulace směsí s polyolefinovou matricí, a to zejména na vliv funkčních plniv a nanoaditiv na výsledné charakteristiky polymerních kompozitů a nanokompozitů. V dalších kapitolách teoretické části práce jsou shrnuty poznatky popisující fyzikální vlastnosti Halloysite nanotrubek v polymerních systémech, možnosti funkcionalizace jejich povrchu a perspektivní směry jejich využití pro oblast polymerních oheň retardačních směsí určených pro kabelové aplikace. V úvodu praktické části je představen koncept experimentu a metodika řešení, která se skládá ze tří etap experimentu. V první etapě experimentu je zaměřena pozornost na komplexní popis vlivu Halloysite nanotrubek roubované (3-Aminopropyl)triethoxysilanem v polymerním systému polyolefinového typu. Pro tyto účely byla navržena matice modelových izolačních směsí s různou mírou zastoupení tohoto nanoplniva, které byly připraveny pomocí laboratorního hnětače Brabender. Druhá etapa je zaměřena na využití poznatků první etapy při formulaci matice směsí použitelných jako plášťová oheň retardační směs určená pro nízkonapěťové aplikace ve stavebnictví. Na základě výsledků byla vybrána receptura pro třetí etapu experimentu. V této závěrečné etapě experimentu je nastíněn postup optimalizace vybrané receptury pro ko-kneader technologii Buss a je provedena komparativní analýza s referenčním i konkurenčním řešením. Dokončení této práce bylo provedeno ve spolupráci se společností SILON s.r.o. Tato spolupráce vedla k vytvoření prototypu vysoce oheň retardační plášťové směsi obsahující Halloysite nanotrubky.

Abstract:

This doctoral thesis summarizes the state of the art in the area of Halloysite nanotubes with focus on its perspective utilization in halogen free flame-retardant cable polymer nanocomposites. The introductory chapter focuses on the development of technical standards and European legislation, which have dramatically tightened the requirements for the technical parameters of cables for construction applications in last years, particularly in the field of reaction to fire. Subsequently the attention is paid to the theory of formulation design of polyolefin-based compounds with focus on functional fillers and nanoaddtitives and their influence on the resulting properties of polymer composite and nanocomposite. In the next chapters of the theoretical background the state of the art of polymer nanocomposites with incorporated Halloysite nanotubes is summarized with attention to: physical influences of this nanoadditive on diverse polymer systems, possibilities of surface functionalization and possible directions of utilization. The introduction of the practical part the concept of the experiment, methodology and goal propositions towards to development of the flame-retardant compound are assessed. For this the practical part includes three phases of experiments. In the first phase, attention is paid to a comprehensive description of the effect of Halloysite nanotubes with grafted surface by (3-Aminopropyl)triethoxysilane in polyolefin-based insulation system. For this purpose, model formulations with varying degree of nanofiller were designed and prepared on Brabender laboratory kneader. Second phase is focused on utilization of knowledge from the first phase in the formulation design of flame retardant compounds suitable as a jacket system for low-voltage application in the construction industry. Based on the results, one formulation has been chosen for further modification in the third phase. In the final phase, optimization of chosen formulation for co-kneader technology was carried out and the benchmark analysis with the reference and competitive solution was performed. The completion of this work was realized in cooperation with SILON s.r.o. and led to the creation of a prototype of highly flame-retardant jacket compound, which contains examined nanofiller.

Klíčová slova

Hallyosite nanotrubky, poymerní nanokompozit, CPR, kabelové směsi, elektroizolační směsi, plášťové materiály, kabelová technika, kabel

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 31. 8. 2018

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Doc. Ing. Radek Polanský, Ph.D.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Fakulta elektrotechnická

Doktorský studijní program / obor:
Elektrotechnika a informatika / Elektrotechnika