Effect of processing additives on electrical properties of carbon black-filled polyethylene composites

The composites of high density polyethylene with carbon black were prepared by melt-blending method. The effect of processing additives on electrical properties of carbon black-filled polyethylene composites was investigated in detail. It was found that viscosity of melts and positive temperature coefficient of electrical resistivity (PTC) were improved by the incorporation of zinc stearate due to the increased distribution of CB. On the other hand, addition of organosilicon oligomers led to a decrease in viscosity and had almost no effect on PTC.

polyethylene composites, carbon black, zinc stearate, organosilicon oligomers, electrical resistance, positive temperature coefficient.

1. Zhang W., Dehghani-Sanij A.A., Blackburn R.S. Carbon based conductive polymer composites // J. Mater. Sci. 2007. V. 42(10). P. 3408–3418. doi 10.1007/s10853-007-1688-5

2. Xie H., Dong L., Sun J. influence of radiation structures on positive-temperature-coefficient and negative-temperature-coefficient effects of irradiated low-density polyethylene/carbon black composites // J. Appl. Polym. Sci. 2005. V. 95. P. 700–704. doi: 10.1002/app.21220

3. Meyer J. Glass transition temperature as a guide to selection of polymers suitable for PTC materials // J. Polym. Eng. Sci. 1973. V. 13(6). P. 462–468. doi: 10.1002/pen.760130611

4. Марков В.А., Кандырин Л.Б., Марков А.В., Городницкий М. С. Влияние кристаллизации полимеров на электрическое сопротивление их композиций с техническим углеродом // Конструкции из композиционных материалов. 2013. № 3. С. 35–40.

5. Das N.C., Chaki T.K., Khastgir D. Effect of filler treatment and crosslinking on mechanical and dynamic mechanical properties and electrical conductivity of carbon black-filled ethylene vinyl acetate copolymer composites // J. Appl. Polym. Sci. 2003. V. 90 (8). P. 2073–2082. doi: 10.1002/app.12811

6. Sommers. D.J. Carbon black for electrically conductive plastics // Polym.-Plast. Technol. Eng. 1984. V. 23(1). P. 83–98.

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

8. Yin C.L., Liu Z.Y., Gao Y.J., Yang M.B. Effect of compounding procedure on morphology and crystallization behavior of isotactic polypropylene/high-density polyethylene/carbon black ternary composites // Polym. Adv. Technol. 2012. V. 23. P. 1112–1120.

9. Заикин А.Е., Нигматулин В.А., Архиреев В.П. О распределении технического углерода в смесях полиэтилена с сополимерами этилена с винилацетатом // Высокомол. cоедин. Сер. Б. 1995. Т. 37. № 11. С. 1920–1924.

10. Кантор Ф.С., Сапронов В.А. Влияние ингредиентов на удельное электрическое сопротив-ление резиновых смесей и вулканизатов на основе СКС-30АРКМ-15 // Каучук и резина. 1980. № 12. С. 25–26.

11. Кантор Ф.С., Сапронов В.В., Слуцман Н.Н., Ковалев Н.Ф. Свойства сажемасло-наполненного изопренового каучука // Каучук и резина. 1978. № 2. С. 7–8.

12. Ковалева Л.А. Создание электропроводящих резин с техническим углеродом сери УМ, обладающими специфическими морфологическими характеристиками : автореф. дис.. канд. техн. наук. М., 2012. С. 8.

13. Способ получения экструзионной поливинилхлоридной композиции строительного назначения и композиция, полученная этим способом: пат. 2495065 Рос. Федерация. № 2012110911/05; заявл. 22.03.2012 ; опубл. 10.10.2013, Бюл. № 28. 8 с.

14. Ивановский В.И. Технический углерод. Процессы и аппараты : учебное пособие. – Омск: ОАО «Техуглерод», 2004. 228 с.

15. Марков А.В., Симонов-Емельянов И.Д., Прокопов Н.И., Ганиев Э.Ш., Аншин В.С., Марков В.А. Исследование технологических свойств жестких ПВХ-композиций с различными наполнителями // Вестник МИТХТ. 2012. Т. 7. № 4. С. 101–106.

16. Вайнштейн А.Б., Кутнер А.А., Карива В.И. Исследование полиэтилена, содержащего минеральный наполнитель, модифицированный ПАВ / Модификация полимерных материалов. –Рига: Рижский политехнич. ин-т., 1975. Вып. 5. С. 105–122.

17. Поне Д. Модификация свойств полиэтилена, наполненного основными наполнителями на границе фаз, при введении модификатора / Структура и свойства поверхностных слоев. – Киев: Наукова думка, 1972. С. 240–246.

18. Dafu W., Tiejun Z., Yi X. S. Resistivity-volume expansion characteristics of carbon black-loaded polyethylene // J. Appl. Polym. Sci. 2000. V. 77(1). P. 53–58. doi: 10.1002/(SICI)1097-4628(20000705)77:1<53::AID-APP8>3.0.CO;2-8

19. Zheng Q., Shen L., Li W., Song Y., Yi X. Nonlinear conductive properties and scaling behavior of conductive particle filled high-density polyethylene composites // Chin. Sci. Bull. 2005. V. 50(5). P. 385–395. doi: 10.1360/04wb0095

20. Tang H., Chen X., Luo Y. Studies on the PTC/NTC effect of carbon black filled low density polyethylene composites // Eur. Polym. J. 1997. V. 33(8). P. 1383–1386. doi: 10.1016/S0014-3057(96)00221-2

21. Lee G.J., Suh K.D., Im S.S. Study of electrical phenomena in carbon black–filled HDPE composite // Polym. Eng. Sci. 1998. V. 38 (3). P. 471–477. doi: 10.1002/pen.10209