авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Полимерные композиционные короноэлектреты

-- [ Страница 2 ] --

При электретировании в коронном разряде композиционных пленок и пластинок на основе полиэтилена и дисперсных сегнетоэлектриков при предварительном прогреве до температуры ниже плавления полимера (например, 90 °С), зависимости UЭРП от содержания различных сегнетоэлектриков имеют похожий вид и не зависят от температуры Кюри применяемых наполнителей (рис. 1). Это указывает на то, что сегнетоэлектрики не поляризуются и их влияние на электретные характеристики ПЭВД аналогично влиянию обычных дисперсных наполнителей. Значит, повысить электретные свойства полимеров можно введением обычных порошкообразных наполнителей. Для подтверждения данной гипотезы были приготовлены композиции полимеров с наполнителями различной природы и изучены их электретные свойства.

В ходе работы выявилась закономерность: повышение содержания в композиционном материале дисперсного наполнителя сначала увеличивает, а затем снижает значения электретные характеристики полимеров. Для различных полимеров и разных типов наполнителя общий ход зависимости электретной разности потенциалов UЭРП и других электретных характеристик композиций от содержания наполнителя сохраняется (рис. 2-5).

Повышение электретной разности потенциалов и других электретных характеристик полимерных композиций при введении малого количества (до 4 об. %) наполнителя можно объяснить рядом факторов.

Рис. 2. Зависимость электретной разности потенциалов композиционных короноэлектретов на основе полиэтилена от содержания графита (1), ZnO (2), TiO2 (3), Al (4) и технического углерода К354 (5), на 30 сутки хранения

Рис. 3. Зависимость электретной разности потенциалов короноэлектретов на основе полиэтилена от содержания аэросила А-175 (1), технического углерода П803 (2), белых саж БС-50 (3), БС-100 (4) и БС-120 (5) на 30 сутки хранения

Рис. 4. Зависимость электретной разности потенциалов короноэлектретов на основе ударопрочного полистирола от содержания БС-50 (1) и диоксида титана (2) на 30 сутки хранения

Рис. 5. Зависимость электретной разности потенциалов короноэлектретов на основе Ф-32Л от содержания фторопласта-4 (1), БС-50 (2), алюминиевой пудры (3) и TiO2 (4) на 50 сутки хранения

Во-первых, при наполнении полимеров твердыми дисперсными наполнителями возникают новые структурные отклонения в полимерной матрице, способные служить ловушками носителей зарядов: граница раздела фаз, разрыхленный адсорбционный слой полимера вблизи поверхности наполнителя. Наполнение полимеров приводит к изменениям в характеристиках надмолекулярного структурообразования (размер, форма, тип распределения по размерам) и в плотности упаковки, так как твердые высокодисперсные наполнители могут служить зародышеобразователями кристаллов и причиной появления их несовершенств. Наполнители оказывают значительное влияние на подвижность различных кинетических единиц полимера и на спектр времен его релаксации. В присутствии наполнителей в полиэтилене образуются карбоксильные, карбонильные, пероксидные и гидропероксидные группы, возникающие в первую очередь на границе раздела полимера с поверхностью наполнителя. Кроме того, вследствие протекания механохимической деструкции при смешении компонентов композиции, появляются свободные радикалы, также способные служить энергетическими ловушками зарядов.

Во-вторых, в гетерогенных системах наблюдается эффект Максвелла–Вагнера – поляризация на границе раздела фаз, обусловленная разностью электропроводности двух компонентов системы.

В-третьих, вследствие адсорбции макромолекул полимеров на твердой поверхности дисперсных наполнителей снижается их подвижность, что значительно уменьшает скорость релаксационных процессов.

О роли границы раздела фаз в проявлении полимерными композиционными материалами электретных свойств говорит влияние на них удельной поверхности используемых наполнителей: чем выше значения Sуд, тем сильнее и стабильнее проявляется электретный эффект.

Снижение электретных характеристик композиций при введении большего количества наполнителя (рис. 1-5) связано со следующими причинами. Во-первых, при окислении полимеров в поле коронного разряда появляются полярные группы, формирующие гетерозаряд. Во-вторых, уменьшение электретных характеристик полимерных композиций может быть объяснено простым снижением в них количества электретируемого компонента, т.е. полимера.

Для ряда наполнителей характерно придание полимерам (при больших степенях наполнения) антистатических или даже электропроводящих свойств. Электропроводность композиций определяющим образом влияет на скорость спада их электретного заряда. Например, порог перколяции, то есть концентрация технического углерода, при котором композиция начинает проводить электрический ток, для саженаполненного полиэтилена составляет, в зависимости от марки, от 9 до 14 об. %. Композиции с концентрацией технического углерода выше этого значения не электретируются в коронном разряде.

Таким образом, на основе крупнотоннажных полимеров возможно создание электретных материалов с ярко выраженным электретным эффектом, что достигается введением в них 2–6 об. % дисперсного наполнителя.

Вышеуказанные объяснения должны подтверждаться с помощью данных термостимулированной деполяризации (ТСД) полимерных и композиционных электретов. При изучении спектров ТСД впервые было обнаружено появление при наполнении полимеров новых уровней захвата инжектированных носителей зарядов (рис. 6-9).

 Спектры термостимулированных-5

Рис. 6. Спектры термостимулированных токов короноэлектретов на основе полиэтилена высокого давления (1) и его композиций с 2 (2), 4 (3) и 7 об. % диоксида титана (4)

Рис. 7. Спектры термостимулированных токов короноэлектретов на основе полистирола (1) и его композиций с 6 (2) и 10 об. % аэросила (3)

Рис. 8. Спектры термостимулированных токов короноэлектретов на основе полипропилена (1) и его композиций с 2 (2) и 6 об. % талька (3)

Рис. 9. Спектры термостимулированных токов короноэлектретов на основе Фторопласта-32Л (1) и его композиций с 2 (2), 6 (3) и 10 об. % TiO2 (4)

Наряду с пиками, характерными для ненаполненных полимеров (например, полиэтилена – при ~80 °С и ~110 °С), на спектрах ТСД наблюдаются новые пики (для полиэтилена – два пика при ~165 °С и ~200 °С). Энергии активации процесса релаксации заряда, соответствующих новым пикам в полимерных композициях, в 2-3 раза больше, чем энергия активации релаксации заряда в ненаполненных полимерах. Чем больше наполнителя, тем больше интенсивность пиков на кривых ТСД (рис. 6, 7), что вполне ожидаемо, поскольку с ростом наполнения увеличивается площадь границы раздела фаз полимер – наполнитель.

Появление новых пиков ТСД характерно для всех исследуемых композиционных короноэлектретов (рис. 8, 9).

С позиции обнаруженных закономерностей интересными представляются данные изучения композиционных электретов на основе полиэтилена и сегнетоэлектрических наполнителей (рис. 10). Если композиции перед электретированием в коронном разряде нагревались до 90 °С, то на спектрах токов ТСД после пиков, характерных для ПЭВД наблюдался положительный пик при температуре ~145 °С (рис. 10, кр. 1, 3). Если же предварительный нагрев осуществлялся до 145 °С, то на спектрах токов ТСД наблюдалось появление отрицательных пиков при температуре ~140 °С (рис. 10, кр. 2, 4).

Это свидетельствует о высказанном выше предположении, что при температуре предварительного нагрева 145 °С титанат бария находится в параэлектрической фазе и процесс его перехода в сегнетоэлектрическую осуществляется в электрическом поле короны. Фиксация доменов кристаллов титаната бария в ориентированном состоянии приводит к появлению внутреннего поля полимерного короноэлектрета. Тогда сформировавшаяся в объеме композиции система упорядоченных диполей (доменов сегнетоэлектрика) способствует удержанию инжектированного заряда, а электрическое поле неравновесного гомозаряда, в свою очередь, будет препятствовать разориентации диполей в процессе релаксации. Это приводит к проявлению композициями высоких и стабильных электретных свойств. Логично, что деполяризация гетерозаряда, образованного доменной поляризаций титаната бария, проявляется на спектрах токов ТСД в виде отрицательного пика в области температуры Кюри.

При предварительном нагреве композиций ПЭВД с BaTiO3 до 90 °С ориентации кристаллов сегнетоэлектрика не происходит. В этом случае влияние сегнетоэлектрика на электретные свойства композиций аналогично влиянию обычных дисперсных наполнителей. Аналогичные зависимости были получены для композиций полиэтилена с различным содержанием NaNO2.

Анализируя полученные данные ТСД (рис. 6-10), можно предположить, что, даже выдерживая электреты при температурах выше температур текучести (плавления) полимерной матрицы, релаксация их заряда не будет протекать полностью. Для выяснения этого вопроса электретные пластинки на основе полимерных композиций были подвергнуты термообработке. Изменения потенциалов поверхности и эффективной поверхностной плотности зарядов за это время показаны в таблице 2.

Таблица 2. Изменение электретной разности потенциалов и эффективной поверхностной плотности зарядов полимерных композиционных короноэлектретов при термообработке при 150 °С.

Электретная композиция До термообработки После термообработки
через 1 час через 14 суток
|UЭРП|, кВ |эф|, мкКл/м2 |UЭРП|, кВ |эф|, мкКл/м2 |UЭРП|, кВ |эф|, мкКл/м2
ПЭВД 2,3 52,0 0 0 0 0
ПС 2,1 43,8 0 0 0 0
Ф-32Л 3,0 61,8 0 0 0 0
ПЭВД + 4 об. % БС-50 2,3 61,8 1,7 45,6 1,5 40,3
ПЭВД + 4 об. % графита 3,3 87,0 3,0 79,0 0,7 19,0
ПЭВД + 4 об. % ZnO 2,7 65,0 2,4 58,0 1,5 36,0
ПЭВД + 4 об. % TiO2 1,1 29,4 1,05 28,1 0,6 16,0
ПЭВД + 4 об. % талька 2,5 59,5 2,0 47,6 0,8 19,0
ПЭВД + 4 об. % мела 1,9 44,1 1,7 39,5 1,0 23,2
ПС + 4 об. % П814 1,0 22,5 0,5 11,3 0,2 5,7
ПС + 4 об. % А175 2,2 44,8 1,6 34,1 0,6 15,7
Ф-32Л + 4 об. % талька 3,4 71,7 2,6 57,0 2,1 44,3


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.