Kompozyt opracowany przez badaczy z Wojskowej Akademii Technicznej i Politechniki Warszawskiej osiągnął przewodność cieplną 1,803 W/(m·K) po dodaniu 20% nanopłytek grafitowych. To ponad czterokrotnie więcej niż materiał bez napełniacza. Wyniki opisano w „Materials Today Communications”, a 28 września przedstawił je serwis Nauka w Polsce.
Podstawą badanego materiału jest mieszanina dwóch surowców wtórnych: recyklowanego polietylenu dużej gęstości (HDPE) oraz gumy pochodzącej ze zużytych opon. W składzie materiału bazowego HDPE stanowił 90%, a guma 10%. W recyklacie występowała również niewielka domieszka polipropylenu. Naukowcy sprawdzili, czy dodatek napełniaczy węglowych pozwoli uzyskać z takiej mieszaniny kompozyt, który lepiej odprowadza ciepło.
Podstawą badań był recyklat zawierający 90% polietylenu dużej gęstości (HDPE) i 10% gumy ze zużytych opon. Taki skład miała próbka odniesienia bez napełniacza; w recyklacie występowała także niewielka domieszka polipropylenu.
Najlepszy wynik uzyskano w próbce zawierającej 20% nanopłytek grafitowych. Jej końcowy skład obejmował 72% rHDPE, 8% gumy z opon i 20% nanopłytek. Przewodność cieplna wzrosła do 1,803 W/(m·K), czyli o około 330% względem materiału odniesienia.
Dodatek nanopłytek wpłynął również na zachowanie kompozytu pod obciążeniem. W wariancie z większą ich zawartością wytrzymałość na rozciąganie wzrosła maksymalnie o około 43% w stosunku do próbki bez napełniacza. Poprawie przewodzenia ciepła i wytrzymałości towarzyszyła jednak utrata zdolności do odkształcania: wydłużenie przy zerwaniu spadło z około 77% do 8%. Przy projektowaniu detalu trzeba zatem uwzględnić zarówno korzyść cieplną, jak i ograniczoną podatność materiału na odkształcenie.
Autorzy pracy wiążą korzystne wyniki kompozytu z nanopłytkami między innymi z oddziaływaniem na granicy napełniacza i osnowy. Badania objęły analizę mikrostruktury oraz właściwości cieplnych i mechanicznych. Ich znaczenie polega także na wykazaniu, że obecność gumy z recyklingu oraz niewielkiej domieszki PP w użytym surowcu nie wykluczyła uzyskania materiału o podwyższonej przewodności cieplnej.
Możliwy kierunek zastosowania stanowią obudowy elektroniki, osłony urządzeń i inne elementy techniczne, w których część z tworzywa ma wspomagać rozpraszanie umiarkowanych ilości ciepła. Wyniki nie oznaczają zastąpienia aluminium w radiatorach dużej mocy: przewodność najlepszego badanego wariantu pozostaje od niego wielokrotnie niższa. Materiał wymagałby też oceny w odniesieniu do wymiarów i warunków pracy konkretnego wyrobu.
Przed zastosowaniem przemysłowym potrzebne są dalsze dane o przetwarzalności, udarności i trwałości gotowych detali. Znaczenie będzie miała również cena nanopłytek grafitowych oraz powtarzalność właściwości kompozytu wytwarzanego z surowców wtórnych. Obecne wyniki pokazują przede wszystkim możliwość nadania recyklowanemu HDPE funkcji technicznej, której sam materiał bazowy nie zapewniał w takim stopniu.
