Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2016 » Июнь » 13 » Наполненные токопроводящие композиции.
23:19
Наполненные токопроводящие композиции.

    Из всего сказанного выше становится ясно, что перспективы у полимерных композиций, имеющих низкое электрическое сопротивление, весьма обширны. Это и различные нагревательные элементы (все видели тонкие дорожки проводников на внутренней поверхности автомобильных стекол, при прохождении по ним тока, проводник нагревается, предотвращая оледенение стекла), это и тензометрические датчики, и даже проводники для подвода электричества там, где сплошные металлические проводники нельзя использовать по специфическим причинам.
     Среди токопроводящих наполнителей, в первую очередь стоит отметить графит. Это наиболее древний и самый дешевый наполнитель токопроводящих композиций, кроме того, он имеет сравнительно низкую плотность (2,1-2,3 гр./см3). Графит достаточно химически инертен, и легко распределяется в полимерной матрице. На этом преимущества графита заканчиваются, к основным недостаткам стоит отнести невысокую электропроводность и склонность к измельчению при переработке композиции.
     Электропроводность графита можно повысить путем внесения небольших количеств доноров электронов, но, это существенно удорожает графит, и может применяться лишь в высокотехнологичных областях (вроде контактных щеток электроинструмента космонавтов).
     При использовании графита необходимо учесть, что чем тоньше измельчен графит, тем выше вязкость полимерной матрицы при переработке. Наиболее широко применяют мелкую крошку графита с размером частиц порядка 0,05-0,20 мм. Наиболее оптимальной формой является форма пластинки, так как она повышает вероятность касания отдельных пластинок между собой. Композицию перерабатывают преимущественно глухим прессованием или реактопластовым отверждением в форме, так как, это предотвращает лишнее повреждение частиц графита и способствует ориентации пластинок графита в направлении проводимости.
     Насчет касания токопроводящих частиц можно отдельно отметить, что здесь ключевую роль играет туннельный эффект переноса электронов. Проводимость тонкого граничного слоя между токопроводящими частицами в изолирующей среде (или вакууме) тем выше, чем больше площадь поверхность этих частиц в зоне зазора. Для наглядности можете представить себе пластины конденсатора, проводимость зазора будет увеличиваться не только при приближении пластин, но и при увеличении их площади поверхности.
     Вторым по значению токопроводящим наполнителем полимеров являются сажи. Выделяют специальные токопроводящие сажи, частицы которых слиплись в отдельные агрегаты (преимущественно, вытянутой формы). Агрегаты стоит ориентировать вдоль направления проводимости. При интенсивной механической обработке композиции, происходит разрушение агрегатов на отдельные частицы, что приводит к снижению проводимости с одновременным увеличением вязкости полимерной матрицы.
     Слишком активные сажи не используют для повышения проводимости композиции, так как, они резко увеличивают вязкость полимерной матрицы, при содержании активных газовых саж порядка 20-30%, композицию уже трудно пропустить через стандартный экструдер. Композиции с содержанием активной сажи 30-40% можно перерабатывать лишь вальцеванием и прессованием. Часто сажи используют совместно с другими токопроводящими наполнителями. Ниже представлена проводимость композиций на основе полиэтилена и различных токопроводящих добавок.

     Для компенсации недостатков отдельных токопроводящих добавок, реализуют их одновременное введение.

     Для обеспечения контакта отдельных токопроводящих частиц им целесообразно предавать форму волокон. Так появилась идея использования высокотемпературного углеродного волокна в виде небольших (0,2-10,0 мм) фрагментов. Проводимость волокна зависит от сорта (условий производства) и вида исходного сырья. Наиболее часто токопроводящие углеродные волокна производят пиролизом тонкого полиметилметакрилатного волокна или полиакрилатного волокна. Важным моментом в разработке токопроводящих композиций на углеродном волокне является минимизация повреждений волокна, что практически исключает переработку экструзией.
     Более дорогими токопроводящими добавками являются порошки металлов. Порошковый алюминий обычно не применяют в связи с образованием на поверхности частиц прочной оксидной пленки с высоким сопротивлением. Порошок меди или латуней использовать не желательно, как по причине образования оксидов (катализирующих реакции деструкции полимеров), так и в связи с большой массой и стоимостью.
     Порошковое серебро и золото дает низкое электрическое сопротивление, кроме того, они достаточно пассивные, что предотвращает образование оксидной пленки. Главный их недостаток заключается в стоимости.
     
     Самые дорогие клеи сегодня это реактопластовые токопроводящие клеи для крепления контактов в космической техники. В связи с высокой чувствительностью к нагреванию, необходимости минимального веса при прочном креплении, а так же, скромных размерах деталей, применение пайки часто крайне осложнено. В таких случаях применяют токопроводящие клеи, включающие до 40-50% порошкового золота в полимерной матрице из токопроводящего полимера с системами сопряженных двойных связей. Стоимость одного килограмма клея достигает 10-12 миллионов рублей, но, годовое мировое производство данных клеев не превышает нескольких десятков килограммов.
     
     Среди более современных решений можно отметить фуллерены и нанотрубки. Фуллерены можно рассматривать как глубоко модернизированные газовые сажи, а нанотрубки как разновидность микрофрагментов высоко ориентированных углеродных волокон. Применение данных материалов весьма многообещающее, но, они сегодня мало изучены, а их стоимость сопоставима со стоимостью благородных металлов.

Категория: Полимерные материалы | Просмотров: 467 | Добавил: Chemadm | Рейтинг: 5.0/3
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]