Электропроводящие полиэтиленовые композиции с различными видами технического углерода
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире саморегулирующиеся нагревательные элементы из полимерных композитов с техническим углеродом постепенно вытесняют консервативные виды обогревателей. Уже сейчас полимерные материалы широко используются в качестве высокоэффективных нагревательных элементов, электрических конденсаторов и электронных микрофонах. Одним из очевидных преимуществ подобных материалов на основе полимерных композитов является возможность переработки их в любую форму из расплава. Более того, саморегулирование электропроводимости подобных обогревателей обеспечивает энергосберегающие свойства, что особенно актуально в XXI веке. Одним из обязательных условий распространения новой технологии является рыночная стоимость готовой продукции, и полимерные нагреватели являются конкурентноспособными за счет низкой себестоимость материалов, из которых состоит полимерный композит.Основной идеей в использовании нагревателей из полиэтиленовых композитов с техническим углеродом является эффект повышенного положительного температурного коэффициента электрического сопротивления (ПТК). За счет этого эффекта с ростом температуры полимера растет электрическое сопротивление при приближении к температурам плавления полимерной матрицы. За счет этого эффекта обеспечивается саморегуляция теплового элемента.
Оглавление
Введение
Литературный обзор
1 Морфология технического углерода и его применение в качестве наполнителя для полимерных композиций
2 Механизм протекания электрического тока через полимерный композит с наполнителем из технического углерода
3 Положительный и отрицательный температурный эффекты
4 Физико-химические свойства сшитого полиэтилена с наполнителем из технического углерода
5 Деформирование
6 Выводы из литературного обзора и постановка задачи исследования
Определение зависимости концентрации ТУ для второго перколяционного перехода от размера частиц ТУ в полимерной среде
Экономическая обоснованность создания саморегулирующегося нагревательного элемента
1 Организация и планирование работ по теме
2 Расчет стоимости проведения работ
3 Установление договорной цены
Вывод
Список литературы
Список литературы
Орлов В. Ю. Производство и использование технического углерода для резин/ В. Ю. Орлов, А. М. Комаров, Л. А. Ляпина - Ярославль: Издательство Александр Рутман, 2002. - 512 с.
Ивановский В.И. Технический углерод. Омск: ОАО «Техуглерод». 2004. 228 с. 43.
Эстрин Р.И., Овсянников Н.Я. Объемы и размеры пор в первичных агрегатах технического углерода как факторы, влияющие на электрические характеристики вулканизатов// Вестник МИТХТ, 2008, Т. 3, №3. с. 40-46.
Марков А.В., Марков В.А., Чижов А.С. .Влияние характеристик полиэтилена на термоэлектрические свойства полиэтиленовых композитов с техническим углеродом.
33. Donnet J.B., Bansal R.C., and Wang M.J. Carbon Black: Sceince and Technology, 2nd ed. New York: Marcel Dekker Inc., 1993. 461 p
Блайт Э.Р., Блур Д. Электрические свойства полимеров. Пер с англ. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 376 с.
Wu S. Polymer Interface and Adhesion. New York: Marcel Dekker Inc., 1982. 630 p.
Wu S. Interface and surface tension of polymers // J. Macromol. Sci. Rev. Macromol. Chem. 1974. Vol. 10(1). P. 1-73.
Owens D.K., Wendt R.C. Estimation of the surface free energy of polymers // J.Appl. Polym. Sci. 1969. Vol. 13(8). P. 1741-1747
Гуль В.Е., Шенфиль Л.З. Электропроводящие полимерные композиции. М.: Химия, 1984. 240 с.
Sommers D.J. Carbon black for electrically conductive plastics // Polym.-Plast. Technol. Eng. 1984. Vol. 23(1). P. 83-98.
Чмутин И.А., Летягин СВ., Шевченко В.Г., Пономаренко А.Т. Электропроводящие композиты: структура, контактные явления // Высокомол. соед. А. 1994. Т. 36. N. 4. С. 699-713.
Гуль В.Е., Шеметов В.Г., Иванов Э.А. Исследование механизма электропроводности дисперсных проводящих полимерных систем с наполнителем // Колл. ж. 1975. Т. 37. N. 4. С. 763-768.
Марков В. А. Электропроводящие полимерные композиты с повышенным положительным температурным коэффициентом электрического сопротивления для саморегулирующихся нагревателей: Дис. … канд. Техн. наук// М., 2014.
Морфологические свойства технического углерода изменяются в широком диапазоне среди разных марок, но можно выделить три основные описательные термина. Наименьшем недискретным компонентом технического углерода является первичная частица, представляющая собой многогранник из кристаллитов, связанных через ненасыщенные краевые атомы. Размер наименьшей частицы может меняться в зависимости от производителя, но для электропроводных композитов используется специальные высокодисперсные марки УМ, чьи размеры первичных частиц 20–30 нм. [1-3]. Первичные частицы химически связаны между собой непрерывной графитовой сеткой и образуют агрегат технического углерода. Сами агрегаты при помощи физических сил могут образовывать крупные агломераты, которые могут быть легко разрушены [1].Размер агрегатов технического углерода играет важную роль в степени туннелирования электронов. С уменьшением размеров частиц наполнителя, в композите увеличивается значение критического содержания электропроводных частиц, не допускающего туннелирования или эмиссии электронов. Отношение диаметров агрегатов (D) к диаметрам первичных частиц (d) технического углерода определяет минимальную долю наполнителя в композите при которой наблюдается эмиссия электронов. Агрегаты сажи высокодисперсных марок УМ, которые широко используются в качестве наполнителя для саморегулирующихся полиэтиленовых нагревателей, имеют размеры агрегатов D = (3,2 ± 0,3) d [2]. В [4] делается заключение что с ростом диаметров первичных частиц технического углерода уменьшается число частиц в агрегате уменьшается.Помимо размера, разные марки технического углерода различаются по химическому составу, что в свою очередь влияет на электропроводимость всего полимера. Печные марки сажи содержат 95-99,5% углерода, 0,2-0,5 % водорода и 0,2- 1,3% кислорода. Примеси кислородосодержащих групп на поверхности технического углерода образуют диэлектрические слои, которые в свою очередь влияют на электропроводимость всего полимера [1, 5].