Development of graphene/ceramic hybrid filled heat conductive polymers  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
105995
Type PD
Principal investigator Kovács, József Gábor
Title in Hungarian Grafén/kerámia hibrid töltésű hővezető polimerek fejlesztése
Title in English Development of graphene/ceramic hybrid filled heat conductive polymers
Keywords in Hungarian polimer, hővezetés, hibrid töltés, grafén, CNT, kerámia
Keywords in English polymer, thermal conduction, hybrid filler, graphene, CNT, ceramic
Discipline
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Plastics technology
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Department of Polymer Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Starting date 2013-01-01
Closing date 2016-06-30
Funding (in million HUF) 6.456
FTE (full time equivalent) 2.80
state running project





 

Final report

 
Results in Hungarian
A kutatás célja új, hővezető, de elektromosan szigetelő polimer kompozitok fejlesztése és jellemzése volt. A vizsgálatokhoz két új hővezetésmérő berendezést építettünk, majd kalibráltunk, hogy a kompozitok hővezetési tényezőjét meg tudjuk határozni. A töltött polimerek viszkozitásának növekedése révén a feldolgozási módszer korlátozza az alkalmazható maximális töltőanyagtartalmat, ezáltal az elérhető hővezető képességet is. Több módszert is kidolgoztunk, hogy ezt a határt megnöveljük. Az első megoldás a hibrid rendszerű töltőanyagok alkalmazása, ahol a kialakult szinergikus hatás tovább növeli a hővezetési tényezőt. Talkum és bór-nitrid töltőanyag megfelelő arányának alkalmazásával jelentősen nagyobb hővezető képességet értünk el, mint az a keverékszabály alapján várható volt. A második megoldás a szemcsék felületkezelése volt. Bór-nitridre több, szilán-alapú felületkezelési módszert is kidolgoztunk, amelyekkel 5-30%-os hővezetés javulást értünk el. A harmadik eljárás a mátrixanyag viszkozitásának módosítása volt. A keverékszabályból kiindulva kidolgoztunk egy saját modellt is, amelynek alkalmazhatóságát különböző lap-szerű töltőanyagokkal (talkum, bór-nitrid és grafit) bizonyítottuk. Megállapítottuk, hogy a kidolgozott modell pontosabban előrejelzi a kompozit anyagok hővezetési tényezőit, mint a hagyományosan alkalmazott elméleti modellek. Az új modell bemenő paramétereinek meghatározásához újszerű mérőeszközöket és mérési eljárásokat is kifejlesztettünk.
Results in English
The aim of the research was the development and characterization of new thermally conductive and electrically insulating polymer composites. As a first step, two different thermal conductivity measurement apparatus were built, calibrated and tested, to be able to determine the exact thermal conductivity of the materials. The processing methods limit the achievable filler content in the polymers due to the increase in melt viscosity. Several methods have been developed to increase thermal conductivity limited by the processing method. The first solution is the use of hybrid fillers, where the synergetic effect increases thermal conductivity. With the proper mixture of the components, a significantly higher thermal conductivity was achieved than that predicted by the rule of mixtures. The second solution is the surface treatment of the particles. The increment of thermal conductivity was 5-30% depending on the methods, while viscosity decreased. The third solution is to decrease the viscosity of the matrix. We developed a semi-empirical mathematical model from the rule of mixtures. The correctness of the model was proved with various plate-shaped fillers, which have significantly different thermal conductivities. It was found that the new model predicts the thermal conductivity of composites more precisely than conventionally used theoretical models. To determine the input parameters of the model, new methodologies were developed and novel measurement systems were used.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=105995
Decision
Yes





 

List of publications

 
Hatos István, Kovács József Gábor: Szinterezett fém alkatrészek felületi érdessége és méretpontossága a gyártási orientáció függvényében, In: Dr Csibi Vencel-József (szerk.) (szerk.) OGÉT 2013-XXI. Nemzetközi Gépészeti Találkozó . Arad, Románia, 2013.04.25-2013.04.28. Kiadvány: Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság, 2013. pp. 146-149., 2013
J G Kovács, A Suplicz: Thermally Conductive Polymer Compounds for Injection Moulding: Synergetic Effect of Hexagonal Boron Nitride and Talc, J REINF PLAST COMP 32: (16) 1234-1240, 2013
Kovács JG, Suplicz A: Improved thermal properties with hybridization of the fillers for thermoplastic materials, In: Hoa S, Hubert P (szerk.) (szerk.) Proceedings of the 19th International Conference on Composite Materials . Montreal, Canada, Kanada, 2013.07.28-2013.08.02. Kiadvány: Montreal, Canada: Canadian Association for Composite Structures and Materials, 2013. pp. 4011-4018., 2013
Suplicz A, Szabó F, Kovács J G: Anyagvizsgálati módszerek fejlesztése fröccsöntési alkalmazáshoz, MŰA GUMIIP ÉVKV 11: 114-121, 2013
Suplicz András, Szabó Ferenc, Kovács József Gábor: Hővezető polimerek fejlesztési lehetőségei és vizsgálati módszerei, In: Dr Csibi Vencel-József (szerk.) (szerk.) OGÉT 2013-XXI. Nemzetközi Gépészeti Találkozó . Arad, Románia, 2013.04.25-2013.04.28. Kiadvány: Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság, 2013. pp. 346-349., 2013
Szabó Ferenc, Suplicz András, Kovács József Gábor: Anyagtulajdonságok újszerű mérési lehetőségei, In: Dr Csibi Vencel-József (szerk.) (szerk.) OGÉT 2013-XXI. Nemzetközi Gépészeti Találkozó . Arad, Románia, 2013.04.25-2013.04.28. Kiadvány: Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság, 2013. pp. 350-353., 2013
Zsíros L, Kovács J G: Fröccsöntő gépek homogenizáló képességének optimalizálása, MŰANYAG ÉS GUMI 50: (9) 347-350, 2013
Zsíros László, Kovács József Gábor: Fröccsöntött termékek színegyenetlenségének mérése, In: Dr Csibi Vencel-József (szerk.) (szerk.) OGÉT 2013-XXI. Nemzetközi Gépészeti Találkozó . Arad, Románia, 2013.04.25-2013.04.28. Kiadvány: Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság, 2013. pp. 454-457., 2013
Suplicz A, Kovács J G: Hővezető polimerek az elektrotechnikában: Hibrid rendszerű töltőanyagok alkalmazásának előnyei, MŰANYAG ÉS GUMI 51: (4) 156-160, 2014
Szabó F, Kovács J G: Új lehetőségek a pvT tulajdonságok meghatározására, MŰANYAG ÉS GUMI 51: (2) 47-51, 2014
Szabo Ferenc, Kovacs Jozsef G: Development of a Pressure-Volume-Temperature Measurement Method for Thermoplastic Materials Based on Compression Injection Molding, J APPL POLYM SCI 131: (23) , 2014
Tábi Tamás, Égerházi András Zoltán, Tamás Péter, Czigány Tibor, Kovács József Gábor: Investigation of injection moulded poly(lactic acid) reinforced with long basalt fibres, COMPOS PART A-APPL S 64: 99-106, 2014
Tábi Tamás, Kovács Norbert Krisztián, Kovács József Gábor: Basalt fibre reinforced poly(lactid acid) based composites for engineering applications, In: 16th European Conference on Composite Materials . Sevilla, Spanyolország, 2014.06.22-2014.06.26. Kiadvány: 2014. pp. 1-8., 2014
Tábi Tamás, Suplicz András, Czigány Tibor, Kovács József Gábor: Thermal and mechanical analysis of injection moulded poly(lactic acid) filled with poly(ethylene glycol) and talc, J THERM ANAL CALORIM 118: 1419-1430, 2014
Vad J, Horváth Cs, Kovács J G: Aerodynamic and aero-acoustic improvement of electric motor cooling equipment, P I MECH ENG A-J POW 228: (3) 300-316, 2014
Zink B, Szabó F, Hatos I, Hargitai H, Kovács J G: DMLS szerszámbetétek szimulációs vizsgálata, MŰANYAG- ÉS GUMIIPARI ÉVKÖNYV 12: 80-87, 2014
Zsíros L, Suplicz A, Romhány G, Tábi T, Kovács J G: Development of a novel color inhomogeneity test method for injection molded parts, POLYM TEST 37: 112-116, 2014
Suplicz A, Hargitai H, Kovacs JG: Methodology development for through-plane thermal conductivity prediction of composites, INT J THERM SCI 100: 54-99, 2016
Tábi Tamás, Kovács Norbert Krisztián, Sajó István Endre, Czigány Tibor, Hajba Sándor, Kovács József Gábor: Comparison of thermal, mechanical and thermomechanical properties of poly(lactic acid) injection-molded into epoxy-based Rapid Prototyped (PolyJet) and conventional steel mold, J THERM ANAL CALORIM 123: (1) 349-361, 2016
Ákos Oroszlány, Péter Nagy, József Gábor Kovács: Compressive Properties of Commercially Available PVC Foams Intended for Use as Mechanical Models for Human Cancellous Bone, ACTA POLYTECH HUNG 12: (2) 89-101, 2015
Kovács József Gábor, Szabó Ferenc, Kovács Norbert Krisztián, Suplicz András, Zink Béla, Tábi Tamás, Hargitai Hajnalka: Thermal simulations and measurements for rapid tool inserts in injection molding applications, APPL THERM ENG 85: 44-51, 2015
SUPLICZ András, SZABÓ Ferenc, KOVÁCS József Gábor: Matematikai modell kidolgozása polimer kompozitok hővezetési tényezőjének becslésére, In: Dr Csibi Vencel-József (szerk.) (szerk.) XXIII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó - OGÉT 2015. Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság (EMT), 2015. pp. 321-324., 2015
T Tabi, A Suplicz, F Szabo, N K Kovacs, B Zink, H Hargitai, J G Kovacs: The analysis of injection molding defects caused by gate vestiges, EXPRESS POLYM LETT 9: (4) 394-400, 2015
ZINK Béla, KOVÁCS Norbert Krisztián, KOVÁCS József Gábor: Hűtőkörök hatása a fröccsöntési technológiára, In: Dr Csibi Vencel-József (szerk.) (szerk.) XXIII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó - OGÉT 2015. Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság (EMT), 2015. pp. 411-414., 2015
ZSÍROS László, TÖRÖK Dániel, KOVÁCS Jószef Gábor: Színegyenetlenség mérésére alkalmas mérőrendszer fejlesztése és alkalmazása statikus keverők minősítésére, In: Dr Csibi Vencel-József (szerk.) (szerk.) XXIII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó - OGÉT 2015. Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság (EMT), 2015. pp. 415-418., 2015




Back »