بررسی اثر افزودن نانولوله کربنی چند جداره بر خواص کامپوزیت پلی پروپیلن/دوده به عنوان صفحات دوقطبی مورد استفاده در پیل های سوختی پلیمری

صفحات دو قطبی یکی از اجزای کلیدی پیل های سوختی پلیمری هستند که نقش مهمی را در وزن، حجم و هزینه ی یک بسته ی پیل سوختی ایفا می کنند. بنابراین تعیین یک جنس مناسب برای ساخت صفحات دو قطبی در بازده و قیمت یک پیل سوختی تاثیر بسزایی خواهد داشت. در ابتدا از گرافیت و فلزات برای ساخت صفحات دوقطبی استفاده می شد. امروزه با توجه به خوردگی و قیمت این مواد و همچنین رشد صنعت پلیمر، تحقیقات زیادی برای تولید صنعتی صفحات دو قطبی از نانوکامپوزیت های پلیمری رسانا در حال انجام است. هدف از این مطالعه، بررسی اثر افزودن نانولوله های کربنی چند جداره بر خواص کامپوزیت های پلی پروپیلن- کربن (گرافیت و دوده) به منظور ساخت صفحات دو قطبی با هدایت الکتریکی خوب، استحکام مکانیکی بالا و هزینه کم می باشد. برای این منظور، نانولوله های کربنی چند جداره در درصد وزنی های مختلف در ماتریس پلی پروپیلن با استفاده از آسیاب گلوله ای با انرژی بالا (hebm) توزیع گردید. سپس صفحات دوقطبی نانوکامپوزیتی حاوی سه نوع پرکننده کربنی (گرافیت، دوده و نانولوله های کربنی) با استفاده از اختلاط مذاب و پرس گرم قالب گیری شدند. اثر مقدار نانولوله های کربنی بر خواص الکتریکی، مکانیکی و حرارتی نانوکامپوزیت های ساخته شده، به عنوان اصلی ترین خواص مورد نظر مورد بررسی قرار گرفت. همچنین مطالعات مورفولوژیکی وساختارشناسی نمونه ها با استفاده از sem انجام شد. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش درصد وزنی گرافیت (تا 70 درصد وزنی) در کامپوزیت ها، هدایت الکتریکی و مقاومت خمشی آن ها افزایش می یابد. نتایج همچنین نشان داد که به کار بردن هم زمان دوده و گرافیت برای افزایش هدایت الکتریکی کامپوزیت پلیمری موثر است. با توجه به تصاویر sem گرفته شده و رسانایی الکتریکی به دست آمده، ملاحظه شد که به کار بردن آسیاب گلوله ای انرژی بالا قبل از اختلاط مذاب باعث توزیع مناسبی از نانولوله های کربنی در کامپوزیت پلیمر- پرکننده های کربنی (گرافیت و دوده) شده و همچنین افزایش مقدار نانولوله ها باعث افزایش رسانایی الکتریکی کامپوزیت می شود. به عنوان مثال، افزودن 2 درصد وزنی از نانوله های کربنی چند جداره به کامپوزیت های پلیمر-کربن، باعث افزایش 133 و 75 درصدی در رسانایی الکتریکی کامپوزیت های پلی پروپیلن-گرافیت و پلی پروپیلن-گرافیت-دوده می شود. همچنین مشخص شد که افزایش مقدار نانولوله تا یک مقدار بحرانی (تا 1 درصد وزنی) باعث افزایش مقاومت خمشی کامپوزیت ها می شود. همچنین مشاهده شد که افزودن دوده به کامپوزیت ها باعث افزایش تخلخل و ایجاد ترک در آن ها می شود و افزودن نانولوله های کربنی خواص مکانیکی ضعیف شده ناشی از حضور دوده را تا حدودی بهبود می بخشند. نتایج همچنین نشان داد که با افزودن نانولوله های کربنی، پایداری حرارتی کامپوزیت ها افزایش می یابد و تمامی صفحات دوقطبی کامپوزیتی ساخته شده تا دمای 300 درجه ی سلسیوس پایدار هستند. این نشان می دهد که این صفحات حاوی نانولوله های کربنی، از نظر پایداری حرارتی برای پیل های سوختی پلیمری (دمای عملکرد: °c80 ) از این لحاظ مناسب هستند.