Form effect of particles inclusion on thermal behavior and response time of polymer fuse: HDPE/TiB2

INFLUENCE DE LA GEOMETRIE DES PARTICULES DE RENFORT SUR LE COMPORTEMENT THERMIQUE ET LE TEMPS DE REPONSE D’UN FUSIBLE CTP A BASE DE POLYETHYLENE HAUTE DENSITE

S. Khaldi1*, M. Hamouni2, M. Morsli3, A. Bensafi1

1 Laboratoire de Physique des Polymères, Département de Physique, Faculté des Sciences,

Université Abou Bekr Belkaïd B.P.119, Bel Horizon 13000 Tlemcen, Algérie

2 Département de Génie Mécanique, Centre universitaire de Bechar, Algérie

3 Laboratoire de la Physique des Solides pour l’Electronique (LPSE), Faculté des Sciences et des Technologies (FSTN),

Université de Nantes, BP 92208, 44322 Nantes cedex 3, France

* Corresponding author. E-mail : S_Khaldi@mail.univ-tlemcen.dz

Received : 20 August 2003; revised version accepted : 30 March 2004

Abstract

Recently, Strümpler and al. investigated the size effect of the particles inclusion on the time necessary to the transition from the conducting state to the insulating state in composite materials from polymeric type conducting, in which the phenomenon of conduction is ensured by the intermediary of a certain number of contact areas between particles. By supporting us on this study, we try to propose a general model which accounts for various geometrical shapes of particles inclusion. In particular, we examine the geometry effects of the conducting particles, used like inclusion, on the same parameter. At this end, we examine the formed composite conducting polymer reaction of a high density polyethylene matrix (HDPE) in which are drowned TiB2 particles of the same volume but of different geometrical forms. We examine successively the distributions of the temperature in three composite conducting polymers thus made up. We calculate in each case time necessary to the transition conducting- insulating. The results obtained show that the phenomenon of transition conducting- isolating is faster for spherical particles; indeed, times necessary to this transition depend on the shape particles inclusion.

Keywords: Composite material; High density polyethylene; Ceramic titanate of barium; Conducting polymer; Matrix of polymer; Reinforcement; Positive temperature coefficient,.

Résumé

Récemment, Strümpler et al. ont fait état d’une étude de l’effet de la taille des particules de renfort sur le temps nécessaire à la transition de l’état conducteur à l’état isolant dans les matériaux composites de type polymère conducteur, dans lesquels le phénomène de conduction est assuré par l’intermédiaire d’un certain nombre de régions de contact entre particules. En nous appuyant sur cette étude, nous tentons de proposer un modèle général qui rend compte de différentes formes géométriques de particules de renfort. En particulier, nous examinons les effets de la géométrie des particules conductrices, utilisées comme renfort. Pour ce faire, nous examinons le comportement d’un polymère conducteur composite formé d’une matrice en polyéthylène à haute densité (PEHD) dans laquelle sont noyées des particules en TiB2 ayant le même volume et des formes géométriques différentes. Nous examinons successivement les distributions de la température dans les trois polymères conducteurs composites ainsi constitués. Nous calculons dans chaque cas le temps nécessaire à la transition conducteur – isolant. Les résultats obtenus montrent que le phénomène de transition conducteur - isolant est plus rapide pour des particules sphériques; en effet, les temps nécessaires à cette transition dépendent de la forme des particules de renfort.

Mots Clés: Matériau composite; Polyéthylène haute densité; Céramique de titanate de baryum; Polymère conducteur; Température critique; Matrice de polymère; Renfort; Coefficient de température positif.

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