Influence of Fly Ash Type and Polymer Matrix on the Thermal Conductivity of Polymer Composites

Abstract

У статті представлено результати дослідження теплоізоляційних властивостей полімерних композитів на основі золи виносу. В якості матриці використані водні дисперсії стирол-бутадієнового (Latex 2012) та акрилового (Policril 590) полімерів. Встановлено, складну багатофакторну залежність теплопровідності композиційних матеріалів від типу та властивостей золи, її вмісту, типу та концентрації полімерної дисперсії, густини, пористості та температури. Доведено визначальну роль порової структури у формуванні ефективного теплозахисту. Встановлено, що більш розвинена питома поверхня, висока змочуваність та менша густина наповнювача сприяють зниженню теплопровідності. Композити з використанням золи при концентрації 65 мас.% наповнювача та акриловій матриці демонструють найнижчі значення коефіцієнта теплопровідності. Зазначена матриця демонструє термічно стабільну поведінку в межах досліджуваного температурного діапазону. Отримані результати дозволяють визначити оптимальні умови для створення ефективних теплоізоляційних матеріалів із використанням техногенних відходів

The paper presents the results of a study on the thermal insulation properties of polymer composites based on fly ash from thermal power plants. Aqueous dispersions of styrene-butadiene (Latex 2012) and acrylic (Policril 590) polymers were used as the matrix. A complex multifactorial dependence of the thermal conductivity of the composite materials on the type and properties of the ash, its content, the type and concentration of the polymer dispersion, density, porosity, and temperature was established. The decisive role of the pore structure in forming effective thermal insulation was demonstrated. It was found that a more developed specific surface area, higher wettability, and lower filler density contribute to the reduction of thermal conductivity. The lowest thermal conductivity was shown by composites containing fly ash with a filler concentration of 65 wt. % in combination with an acrylic matrix. The selected matrix exhibits a more consistent thermal conductivity profile within the studied temperature interval, indicating enhanced thermal stability. The results obtained allow us to determine the optimal conditions for the development of effective thermal insulation materials using industrial waste