Переработка углеродсодержащих композиций на основе полиолефинов

ПЕРЕРАБОТКА УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИОЛЕФИНОВ

метрическая форма зависят как от химического состава, так и от времени активации наполнителя. Наиболее упорядоченная структура, характеризуемая мелкими сферолитами одинаковых размеров и форм, зарегистрирована для композита, содержащего активированную в течение 2 мин шпинель меди. Именно для этого композита получены более высокие противоизносные и прочностные свойства.

Таким образом, показана эффективность использования активированных шпинелей кобальта и меди в качестве модификаторов СВМПЭ.

Литература

1. Черский И.Н. Применение фторопласта-4 в уплот-нительных узлах, работающих при низких температурах // Физико-технические проблемы транспорта на Севере. Якутск, 1971. С. 93-107.

2. Адрианова O.A., Виноградов A.B., Демидова Ю.В. и др. Рекомендации по применению фторопластовых композиций в уплотнительной технике. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1988.

3. Черский И.Н., Козырев Ю.П. Прогнозирование вязкоупругого поведения фторопласта-4 при низких температурах//Механика полимеров. 1977. №4. С. 735-737.

4. Андреева И.Н., Веселовская C.B., Наливайко Е.И. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой прочности. JI.: Химия, 1982.

5. Адрианова O.A. Модифицированные полимерные и эластомерные триботехнические материалы для техники Севера: Дис... д-ра техн. наук. М., 2000.

6. Охлопкова A.A., Виноградов A.B., ПинчукЛ.С. Пластики, наполненные ультрадисперсными соединениями. Гомель: ИММС НАНБ, 1999. 164 с.

7. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Термо- и трибоокислительные процессы. М.: Химия, 1987.

♦!♦ ♦> ♦>

УДК 678.01:537.311

Переработка углеродсодержащих композиций на основе полиолефинов

М.Е. Саввинова, Н.А. Коваленко

В последнее время все большее развитие получают исследования в области полимерного материаловедения, а именно электропроводящих полимерных композиционных материалов (ЭПКМ). Особый интерес представляют саморегулирующие ЭПКМ, эффект саморегулирования достигается за счет высоких значений положительного температурного коэффициента сопротивления (ТКС').

In investigations in the field of polymer material science, particularly, power conduction polymer composite materials (PCPCM) are being developed recently. Self-regulating PCPCM are the most interesting from this point of view, as the effect of self regulation is performed due to high values ofpositive temperature resistance coefficient (TRC).

Введение

Основным преимуществом электропроводящих композиционных полимерных материалов (ЭПКМ) перед известными аналогичными материалами на металлической основе является возможность обеспечения поверхностно распределенного выделения тепла, что улучшает равномерность нагрева, уменьшает перепад температур между нагревательным элементом и объектом, повышая надежность и снижая энергетические потери. ЭПКМ имеют меньшую плотность по сравнению с материалами на металлической основе, что позволяет весьма существенно снизить вес изделия. Особенно высокой эффективностью обладают ЭПКМ с эффектом саморегулирования температуры нагрева, который обес-

САВВИНОВА Мария Евгеньевна, м.н.с. ИНМ СО РАН; КОВАЛЕНКО Николай Алексеевич, с.н.с. ИНМ СО РАН, к.т.н.

печивается высоким значением положительного температурного коэффициента сопротивления (+ТКС).

Исследования физико-механических характеристик и электрических свойств, процесса формирования структуры композиций на основе полиолефинов с дисперсным наполнителем позволили расширить номенклатуру составов электропроводящих полимерных композиционных материалов (ЭПКМ) с положительным температурным коэффициентом сопротивления (+ТКС) и удельным сопротивлением от 10"2 до 102 Омм, изменение которого достигается изменением содержания электропроводящего наполнителя, в данном случае -кокса марки КЛ-1 [1,2].

Исходя из модельного представления о структуре ЭПКМ на основе ПТФЭ с углеродными наполнителями [3, 4] можно предположить, что незначительное изменение в дозировке компонентов

САВВИНОВА, КОВАЛЕНКО

или в технологическом процессе изготовления ЭПКМ может привести к существенному изменению количества проводящего наполнителя, участвующего в прохождении тока и, как следствие, снижению или усилению электрофизических характеристик исследуемого ЭПКМ.

На основании вышеизложенного предложен подход путем изучения влияния различных способов переработки композиций на основе полиэти-ленов и фторопласта, а также определения технологических режимов и содержания наполнителя, обеспечивающих служебную электрическую проводимость на уровне 10~М02 Ом-м.

Материалы и методика исследования

В качестве связующего были использованы порошкообразные сверхвысокомолекулярный (СВМПЭ) и высокомолекулярный (ВМПЭ) поли-этилены, фторопласт марки Ф2М. Наполнителем служил мелкодисперсный кокс марки КЛ-1. Смесь готовили в пропеллерной мельнице. Содержание кокса варьировалось от 20 до 40 об.%. Были реализованы следующие способы переработки композиций в образцы: при методе прессования горячего по традиционной схеме нагрев полимеругле-родной смеси в прессформе под давлением с последующим охлаждением на воздухе; холодное прессование - прессование в холодной прессформе с последующим спеканием образцов в термошкафу в свободном состоянии.

Экструзия полимерных композиций осуществлялась на пластикодере «Брабендер» РЬ2200-3. Для каждого вида полимера температуры по зонам выбирались так, чтобы обеспечить наряду с заданной производительностью удовлетворительное качество экструдата по следующим параметрам: отсутствие пор и коробления, гладкость поверхности, соответствие форме профилирующего инструмента. Температурные зависимости удельного электрического сопротивления определялись методом потенциальных электродов. Результаты испытания показаны на рисунках.

Результаты эксперимента и их обсуждение

На рис. 1 показаны зависимости удельного электрического сопротивления (р) от температуры композиций при различных концентрациях наполнителя. Из графиков видно, что в области температур 80-100 °С электрическое сопротивление композиций резко возрастает.

Рис. 2: график потребляемой мощности (2) имеет участок, где увеличение напряжения практичес-

р, Ом-м

75

50

25

0 25

I, АР, Вт

50 Рис. 1

100

т, °с

15

10 -

5 -

-) 1000

- 800

600

- 400

- 200

20

40

60

Рис.2

80

100

ки не приводит к увеличению мощности, что также подтверждает регулирующие способности композиций на основе СВМПЭ + КЛ-1. Обычные нагреватели имеют квадратичную зависимость мощности от напряжения питания [1].

Таким образом, изменяя соотношение между содержанием электропроводящего наполнителя, можно влиять одновременно как на удельное электрическое сопротивление, так и на температуру, при которой происходит его резкое изменение.

МЕХАНИЗМЫ РАЗРУШЕНИЯ И ПРОЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИОННЫХ ПЛАСТМАСС В ХОЛОДНОМ КЛИМАТЕ С УЧЕТОМ СТАРЕНИЯ

Требования к механическим характеристикам резистивных материалов значительно ниже, чем к конструкционным. Тем не менее были определены основные механические характеристики, разрушающие напряжения стр, и относительная деформация при разрушении ер.

Из графиков видно, что удельное электрическое сопротивление (р) в пределах 10 2-^102 Ом-м имеет композиции на основе СВМПЭ, полученные путем горячего прессования (ГП), причем с повышением концентрации наполнителя р и разброс его значения снижается. Композиции на основе Ф2М, полученные путем ГП, имеют заданную проводимость при концентрации 35 об.%.

Экструзия обеспечивает проводимость только на ВМПЭ и при 40 об.% наполнителя, что, по всей видимости, связано с разрушением токопроводя-щей сетки, образуемой при ГП.

При меньших или больших, чем указано на рисунке, концентрациях наполнителя, электрическое сопротивление либо выше 102 Омм, либо композиция становится хрупкой.

Анализ экспериментальных результатов позволяет сделать вывод, что положительный температурный коэффициент сопротивления, обеспечивающий эффект саморегулирования, сохраняется при различных методах переработки. При использовании методов прессования как горячего, так и холодно-

го с последующим спеканием проводимость появляется при малом содержании наполнителя.

Выводы

1) Показана возможность обеспечения электропроводности полимеров на основе СВМПЭ, ВМПЭ и Ф2М путем введения углеродных наполнителей и переработки их методами горячего прессования и экструзии.

2) Углеродсодержащие композиции на основе СВМПЭ и Ф2М, полученные путем горячего прессования и на ВМПЭ - путем экструзии, могут быть использованы в качестве основы для резистивных нагревателей.

Литература

1. Коваленко H.A., Черский И.Н. Исследование физи-ко-механических свойств композиций на основе политетрафторэтилена с углеродными наполнителями // Механика композитных материалов. 1991. № 1. С. 14-19.

2. Коваленко H.A., Сыроватская И.К. Влияние технологических параметров на электропроводность угле-родсодержащих композиций // Пластмассы. 1999. №8. С. 11-13.

3. Гуль В.Е., Шенфшъ Л.В. Электропроводящие полимерные композиции. М.: Химия, 1984. 240 с.

4. Липатов Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров. М.: Химия, 1977. 304 с.

УДК 678.01:539.4

Механизмы разрушения и прочность конструкционных пластмасс в холодном климате с учетом старения

Ф.И. Бабенко, А.А. Герасимов

Отмечен ряд характерных особенностей, возникающих при исследовании прочностных показателей различных конструкционных термопластичных материалов в широком температурном интервале.

Проделан анализ экспериментальной информации, рассмотрены механизмы разрушения образцов и вопросы прогнозирования прочностных характеристик во времени с учетом старения материала.

The present paper notes a number of characteristic features in the process of investigation of strength indices in different constructional thermoplastic materials in wide temperature range.

The analysis of experimental information was made; mechanisms of the sample failure were discussed including problems offorecasting of strength characteristics in time regarding the material ageing.

Проблема старения материалов в настоящее время является одной из центральных в области

БАБЕНКО Федор Иванович, доцент ЯГУ, к.т.н.; ГЕРАСИМОВ Анатолий Афанасьевич, доцент ЯГУ, к.т.н.

полимерного материаловедения. Без ее решения невозможно обеспечить надежность эксплуатации изделий из этих материалов в различных климатических зонах.

В работе были исследованы два вида полимер-