Preview

Тонкие химические технологии

Расширенный поиск

Электропроводящие саморегулирующиеся материалы на основе полиэтиленовых композиций с СВМПЭ и техническим углеродом

https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-2-60-69

Полный текст:

Аннотация

В данной работе исследовались электропроводящие композиты из смеси полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) с техническим углеродом. Работа является частью исследований электропроводящих материалов, предназначенных для изготовления саморегулирующихся полимерных нагревателей, их удешевления и увеличения номенклатуры. В данной работе исследовались композиции на основе смесей полиэтилена высокой плотности ПЭ 277-73 и сверхвысокомолекулярного полиэтилена GUR-2122 (с молекулярной массой ~7 млн) с техническим углеродом УМ-76 (средний размер частиц ~20 нм). Целью работы являлось получение саморегулирующегося электропроводящего полимерного материала с оптимальным комплексом термоэлектрических характеристик и повышенной теплостойкостью. Было показано, что добавление СВМПЭ влияет на свойства электропроводящего полиэтилена в композите подобно сшиванию. При этом снижется негативное влияние отрицательного термического коэффициента электрического сопротивления. Кроме того, повышается формоустойчивость материала при повышенных температурах. Это может позволить исключить стадию радиационного или химического сшивания при изготовлении саморегулирующихся полимерных нагревательных элементов. На основании изучения реологических, механических и термоэлектрических свойств полиэтиленовых композитов с электропроводящим техническим углеродом, модифицированных СВМПЭ, было установлено, что в расплаве смесей ПЭ с СВМПЭ формируется диффузионный межфазный слой с пониженной текучестью. Установлено, что комплексом лучших эксплуатационных свойств обладают саморегулирующиеся композиты, содержащие 30- 40% мас. СВМПЭ. Для переработки полиэтиленовых композитов с техническим углеродом, модифицированных СВМПЭ, можно рекомендовать методы экструзии и литья под давлением при 30% мас. СВМПЭ и прессование – при 40% мас. СВМПЭ. При бóльших содержаниях СВМПЭ способность композиций формоваться резко ухудшается.

Об авторах

А. В. Марков
МИРЭА – Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова)
Россия

доктор технических наук, профессор кафедры химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86



А. С. Чижов
МИРЭА – Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова)
Россия

студент кафедры химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86



Список литературы

1. Ивановский В.И. Технический углерод. Процессы и аппараты. Омск: ОАО «Техуглерод», 2004. 228 с.

2. Zhang W., Dehghani-Sanij A.A., Blackburn R.S. Carbon based conductive polymer composites // J. Mater. Sci. 2007. V. 42. P. 3408–3418. https://doi.org/10.1007/s10853-007-1688-5

3. Xiao A.Y., Tong Q. K., Savoca A.C., Van Oosten H. Conductive ink for through hole application // IEEE Trans. Compon. Pack. Technol. 2001. V. 24. № 3. P. 445–449. DOI: 10.1109/6144.946492.

4. Липатов Ю.С., Мамуня Е.П., Гладырева Н.А., Лебедев Е.В. Влияние распределения сажи на электропроводность смесей полимеров // Высокомол. соед. Сер. А. 1983. Т. 25. № 7. С. 1483–1489.

5. Heaney M.B. Resistance-expansion-temperature behavior of a disordered conductor-insulator composite // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 69. P. 2602–2604. doi: 10.1063/1.117713

6. Hindermann-Bischoff M., Ehrburger-Dolle F. Electrical conductivity of carbon black-polyethylene composites. Experimental evidence of the change of cluster connectivity in the PTC effect // Carbon. 2001. V. 39. P. 375–382. doi: 10.1016/S0008-6223(00)00130-5

7. Марков В.А., Кандырин Л.Б., Марков А.В., Городницкий М.С. Влияние кристаллизации полимера на электрическое сопротивление композиций с техническим углеродом // Конструкции из композиционных материалов. 2013. № 3(131). С. 35–40.

8. Tang H., Chen X., Tang A., Luo Y. Studies on the Electrical conductivity of carbon black filled polymers // J. Appl. Polym. Sci. 1996. V. 59. P. 383–387.

9. Dafu W., Tiejun Z., Yi X.-S. Resistivity-volume expansion characteristics of carbon black-loaded polyethylene // J. Appl. Polym. Sci. 2000. V. 77. P. 53–58.

10. Марков В.А., Кандырин Л.Б., Марков А.В. Влияние технологических добавок на электрические характеристики ПЭ композитов с техническим углеродом // Вестник МИТХТ. 2013. Т. 8. № 6. С. 103–107.

11. Beaucage G., Rane S., Schaefer D.W., Long G., Fischer D. Morphology of polyethylene–carbon black composites // J. Polym. Sci. Ser. B. 1999. V. 37. P. 1105–1119.

12. Azulay D., Eylon M., Eshkenazi O., Toker D., Balberg M., Shimoni N., Millo O., Balberg I. Electricalthermal switching in carbon-black–polymer composites as a local effect // Phys. Rev. Lett. 2003. V. 90. Iss. 23. (236601). P. 1–4. doi:10.1103/PhysRevLett.90.236601

13. Марков В.А., Кандырин Л.Б., Марков А.В. Влияние деформирования на электрическое сопротивление композитов на основе полиэтилена и техническго углерода // Конструкции из композиционных материалов. 2013. № 4(132). С. 40–44.

14. Марков В.А., Марков А.В., Полдушов М.А., Абы-сов Е.Ю. Влияние способа приготовления электропроводящих композитов на основе ПЭ, ПП и технического углерода на их свойства при повышенных температурах // Пластические массы. 2015. № 1-2. С. 13–17.

15. Markov V.A., Markov A.V., Poldushov M.A., Abysov E.Y. The influence of the method used to prepare electrically conductive composites based on polyethylene, polypropylene, and carbon black on their properties at elevated temperatures // Int. Polym. Sci. & Techn. 2016. V. 43. № 3. P. T13–T18.

16. Марков А.В. Кулезнев В.Н., Иванов В.В., Персиц В.Г., Марков В.А., Криволапова О.В. Теплостойкие пленки из силанольно сшитого полиэтилена // Пластические массы. 2010. № 9. C. 18–22.

17. Марков В.А. Кандырин Л.Б. Марков А.В., Сорокина Е.А. Влияние силанольного сшивания на электрические характеристики и теплостойкость ПЭ композитов с техническим углеродом // Пластические массы. 2013. № 10. С. 21–24.

18. Саввинова М.Е., Коваленко Н.А. Электропроводящие композиции на основе полимеров с дисперсным наполнителем // Механика композиционных материалов и конструкций. 2011. Т. 17. № 4. Р. 577–583.

19. Зимин Ю.Б., Смышляев К.В., Власов С.В., Сурженко В.В., Маркое Я.Г., Астрина В.И., Марков А.В. Свойства и способы получения шероховатых полимерных пленок // Пластические массы. 1977. № 4. С. 60–66.

20. Марков А.В., Кулезнев В.Н. Формирование фазовой структуры и ее влияние на свойства ориентированных пленок из смесей полипропилена и полиэтилена // Высокомолек. cоед. Сер. А. 2008. Т. 50. № 4. С. 651–658.

21. Markov V.A., Markov A.V., Tahseen A.Saki. Effect of relaxation processes during deformation on electrical resistivity of polyethylene composites filled with carbon black // J. Polym. Res. 2016. V. 23. № 9. Р. 1–5.

22. Марков А.В., Симонов-Емельянов И.Д., Прокопов Н.И, Ганиев Э.Ш. Марков В.А. Исследование технологических свойств жестких ПВХ-композиций с различными наполнителями // Вестник МИТХТ. 2012. Т. 7. № 4. С. 100–105.

23. Гуль В.Е., Соколова В.П., Вайсер Л.В., Арипов Э.А., Бондаренко С.З., Берлянд А.М. Исследование механизма электропроводности токопроводящей пластмассы с бинарным наполнителем // Высокомолек. соед. Сер. Б. 1970. Т. 12. № 6. С. 439–442.

24. Климович А.Ф., Гуринович Л.М. Электропроводящие полимерные композиты // Пластические массы. 1975. № 7. С. 53–55

25. Чмутин И.А., Летягин СВ., Шевченко В.Г., Пономаренко, А.Т. Электропроводящие композиты: структура, контактные явления // Высокомолек. соед. Сер. А. 1994. Т. 36. № 4. С. 699–713.

26. Ponomarenko А.Т., Shevchenko V.G., Letyagin S.V., Klason C. Anisotropy of conductivity in carbon fiberreinforced plastics with continuous fibers // Procуeed. SPIE 2443. Smart Structures and Materials. San Diego, California, 27 Feb. 3 March 1995. Р. 831–840. DOI: 10.1117/12.208323.

27. Motavkin A.V., Pokrovskii E.M. Cluster formation in the structure of polymeric composites // Polym. Sci. Ser. A. 1997. V. 39. № 12. С. 1338–1349.

28. Коваленко Н.А., Черский И.Н. Исследование физико-механических свойств композиций на основе политетрафторэтилена с углеродными наполнителями. // Механика композиционных материалов и конструкций. 1991. № 1. С. 19–24.

29. Поморцев P.B. Электропроводность перколяционной системы в условиях нормального скин-эффекта // Физика металлов и металловедение. 1997. Т. 82. № 7. С. 159–161.


Дополнительные файлы

1. Рис. 9. Влияние содержания СВМПЭ на термоэлектрические характеристики полиэтиленовых композитов с 20% мас. ТУ: 1 – ρ20; 2 – ρмакс; 3 – ρ180.
Тема
Тип Research Instrument
Посмотреть (54KB)    
Метаданные

Для цитирования:


Марков А.В., Чижов А.С. Электропроводящие саморегулирующиеся материалы на основе полиэтиленовых композиций с СВМПЭ и техническим углеродом. Тонкие химические технологии. 2019;14(2):60-69. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-2-60-69

For citation:


Markov A.V., Chizhov A.S. Self-Regulating Electrically Conductive Materials Based on Polyethylene Compositions with UHMWPE and Carbon Black. Fine Chemical Technologies. 2019;14(2):60-69. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-2-60-69

Просмотров: 74


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2410-6593 (Print)
ISSN 2686-7575 (Online)