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 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Полимерные композиционные короноэлектреты

-- [ Страница 4 ] --

* - когезионное отслаивание

Для полярных полимеров адгезионная прочность соединения с металлами возрастает и из-за увеличения их прочностных характеристик, происходящего вследствие ориентации дипольных групп при электретировании, т.к. при механическом разрушении адгезионного соединения работа, затрачиваемая на отслаивание двух тел, идет не только на преодоление адгезии, но и на деформацию полимера.

В пятой главе приводятся и обсуждаются результаты, полученные на основе изучения короноэлектретов смесей полимеров.

Исходя из выявленных вышерассмотренных закономерностей о влиянии изменения структурных параметров полимерной матрицы при наполнении дисперсными наполнителями на их электретные свойства, было высказано предположение об изменении электретных свойств полимеров при смешении их друг с другом. Так как большая часть смесей полимеров являются гетерогенными композициями, то на границе раздела полимерных фаз образуется большое количество структурных неоднородностей. В результате, смесь полимеров может обладать улучшенными электретными характеристиками по сравнению с ненаполненными полимерами.

При изучении особенностей поляризации гетерогенных полимерных смесей различного состава в поле коронного разряда данная гипотеза полностью подтвердилась (рис. 14).

Видно, что для смесей неполярных полимеров зависимость электретных характеристик от состава носит необычный характер: кривая характеризуется двумя максимумами, превосходящими по величине аддитивные (рассчитанные теоретически по свойствам индивидуальных полимеров смеси) значения. Причем, повышенные значения электретных свойств характерны для смесей с преобладающим содержанием одного из полимеров.

Анализ состояния смесей полимеров показал, что определяющее влияние на их поляризуемость оказывает коллоидная гетерогенная структура. Смесь с преимущественным содержанием одного из полимеров является обычной дисперсией (дисперсная фаза распределена в дисперсионной среде). В области средних составов смесь имеет две непрерывные фазы, образуя матричную структуру. Это доказано на ряде смесевых систем методами селективного растворения и оптической микроскопии. Дискретность границы раздела фаз в одном случае, и ее непрерывность в другом, и сказываются на проявлении смесями наблюдаемого синергизма электретных свойств.

Сопоставляя данные измерения электретных характеристик полимерных смесей с результатами изучения их коллоидной структуры, можно заключить следующее. Во-первых, с появлением нового типа ловушек инжектированных носителей зарядов (границы раздела полимерных фаз) электретные свойства полимерной композиции возрастают (рис. 14) на 180 – 400 %. Во-вторых, смесь полимеров с непрерывной границей фаз имеет пониженные значения электретных величин, совпадающие с аддитивными.

Объяснение наблюдаемого эффекта видится следующим. Граница раздела фаз представляет собой межфазную область со своей структурой и свойствами, которая определяющим образом влияет на электретные свойства смеси в целом. В межфазной области возникает избыточный объем, локализованный на границе раздела фаз между компонентами, который способствует ускорению протекания в смесях релаксационных процессов, в т.ч. и электрических. Носители заряда, локализуясь на межфазных границах, с течением времени высвобождаются из ловушек, «двигаясь» в процессе перезахвата по межфазной области, а не по фазам полимерных компонентов смеси. В случае, когда межфазная область непрерывна (матричная гетерогенная структура), перезахват может привести и приводит к перемещению носителей заряда к поверхности полимерной пластинки и выходу из нее. Когда межфазная область дискретна (дисперсия одного полимера в другом), перезахват не приводит к выходу носителей заряда из материала, т.к. их «движение» происходит по «замкнутому кругу».

Аналогичные по характеру зависимости электретных свойств от времени хранения электретов были получены и для широкого круга смесевых систем.

Предложенное обоснование изменения электретных свойств неполярных полимеров при изменении соотношения в них полимерных компонентов полностью подтвердилось при изучении электретных свойств смесей неполярного и полярного полимеров (рис. 15). Полярные полимеры, в подавляющем большинстве, не способны к электретированию в поле коронного разряда. В этом случае повышение электретных свойств смесей наблюдается только в том случае, когда дисперсионной средой является неполярный полимер, а дисперсной фазой – неполярный.

Для данных полимерных пар возможен также и следующий механизм повышения электретных характеристик: полярные группы, являясь ловушками инжектированных носителей заряда, притягивая и удерживая их за счет сил кулоновского притяжения, определяют величины электретных свойств короноэлектретов. Неполярный полимер препятствует деполяризации, благодаря низким значениям электропроводности, которая определяет скорость переноса заряда к поверхности полимера и его релаксацию, то есть стабильность электрета. В области средних составов смесь имеет две непрерывные фазы, образуя матричную структуру. Электропроводность такой смеси определяется электропроводностью полярного полимера и не позволяет долгое время сохранять электретное состояние.

Таким образом, наблюдаемые максимумы кривых электретные свойства – состав смеси (рис. 14, 15) совпадают с переходом систем из одной коллоидной гетерогенной структуры в другую. Учитывая данные закономерности, можно разрабатывать электреты с заранее заданными свойствами на основе смесей полимеров, изменяя соотношение компонентов.

В шестой главе приводятся математическое описание процесса релаксации заряда полимерных короноэлектретов и аналитическая модель для описания релаксации заряда композиционных короноэлектретов с учетом термо- и вязкоупругих процессов, происходящих в материале.

Имеющиеся модели электретного состояния в неорганических диэлектриках и ненаполненных полимерах не учитывают множество факторов, связанных с особенностями структуры гетерогенных полимерных систем. В этой связи возникает необходимость в создании модельных представлений о процессах релаксации заряда в электретных полимерных композициях.

Созданные математические представления процесса релаксации заряда в композиционных материалах хорошо описывает влияние высоких температур на стабильность электретного эффекта в них. Они исходят из представления, что спад заряда электрета при хранении в начальный период происходит согласно экспоненциальному закону и зависит от времени воздействия повышенной температуры и времени релаксации заряда. В свою очередь время релаксации заряда определяется частотным фактором, энергией активации (высотой потенциального барьера) и температурой эксплуатации электрета. Тогда при выдержке двух одинаковых образцов при одной и той же температуре (даже выше температур плавления или текучести полимеров) в течение различного времени можно по разнице в величинах спада заряда рассчитать энергетические параметры электрета и времена их релаксации при любых температурах. Результаты расчетов подтверждаются экспериментально с погрешностью в 5–10 %.

Согласно сформулированным представлениям о природе электретного состояния в полимерных композиционных материалах, при электретировании полимерной композиции в коронном разряде инжектированный гомозаряд концентрируется также и на границе раздела фаз. Принято считать, что релаксация гомозаряда в структурах на основе полимеров, происходит вследствие освобождения носителей с ловушек и последующего дрейфа через объем образца. Таким образом, в композициях можно предположить наличие трех различных физических эффектов, ответственных за релаксацию заряда электрета: релаксации инжектированного гомозаряда, релаксации гетерозаряда (дипольной ориентации) и релаксации поляризации Максвелла-Вагнера (на границе раздела фаз). Разработанная модель, описывающая релаксацию заряда в электрете, имеет следующий вид:

Здесь учитывается, что во многих материалах (к которым относятся и полимеры), установленный эмпирически характер релаксации может быть хорошо описан с помощью функции Кольрауша-Вильямса-Уотса – так называемой растянутой экспоненциальной функции

, .

Величина зависит от температуры и химического состава материала и обычно принимает значения от 0,3 до 0,8. Такого вида функция более пригодна для описания релаксационных явлений в полимерах и композициях, чем простая Дебаевская экспоненциальная функция, поскольку считают, что при моделировании структурной релаксации имеет место кооперативная перестройка сегментов полимерной цепи, т.е. вместо одного или нескольких значений времен релаксации есть их непрерывное распределение. Параметр характеризует ширину этого распределения. Иными словами, такой вид релаксационной функции можно считать результатом суперпозиции экспоненциальных функций релаксации.

Разработанная модель была использована для описания релаксации заряда в полимерных композиционных короноэлектретах и показала хорошую сходимость с экспериментальными данными.

В седьмой главе представлена новая область применения полимерных композиционных короноэлектретов.

Известно, что протекание различных физических и химических процессов в пищевых продуктах происходит под влиянием микроорганизмов, находящихся в них. В процессе хранения продуктов происходит их нежелательное развитие, что неизбежно приводит к ухудшению качества и порче продукта. Известно также негативное воздействие электрических полей на жизнедеятельность различных микроорганизмов.

В работе впервые получены данные о поведении основных групп микроорганизмов, содержащихся в пищевых продуктах в условиях действия на них поля полимерного композиционного электрета (табл. 5). В целом отмечается бактериостатический эффект: видно, что электретные материалы эффективны в отношении изучаемых микроорганизмов.

Таблица 5. Развитие микроорганизмов в упаковках из обычной и электретной пленок на основе композиций ПЭВД с диоксидом титана

Время хранения, час Обычная упаковка Электретная упаковка
Saccharo-myces cerevisiae, г/л Bacillus subtilis, г/л E. сoly, г/л Saccharo-myces cerevisiae, г/л Bacillus subtilis, г/л E. сoly, г/л
0 0,174 0,024 0,039 0,174 0,024 0,039
24 0,967 0,613 0,906 0,952 0,635 0,709
48 2,070 1,253 1,003 1,780 1,333 0,969
72 1,956 1,365 0,986 1,801 1,269 1,003
96 1,760 0,949 0,940 1,511 0,784 0,981


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.