ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Классификация и основные параметры электропроводящих полимерных материалов из "Электропроводящие полимерные материалы" Классификация. Электропроводящими полимерными материалами называются материалы с удельной электрической проводимостью более 10 См/м. По составу электропроводящие полимерные материалы можно разделить на две основные группы. Первая группа — наполненные полимеры, электрическая проводимость которых обуслов- лена совокупностью проводящих цепочек, образуемых введением в полимер проводящих компонентов технического углерода (сажи), графита, мелкодисперсного металла или окислов металла. Проводящие полимерные материалы первой группы представляют собой гетерогенные системы, состоящие, как правило, из проводящего и изолирующего компонентов и наполнителя. Технологический принцип их изготовления основан на смешении проводящс го компонента со связующими (обычно смолами), пластификаторами, наполнителями и отвердителем. [c.5] Вторая группа электропроводящих полимерных материалов — это полимеры, электрическая проводимость которых обусловлена непосредственно их структурой, образуемой в процессе получения полимера. Ко второй группе относятся высокомолекулярные соединения, характерной особенностью которых является электронная проводимость (в отличие от диэлектрических материалов, характерной особенностью для преобладающих видов которых является в основном ионная проводимость), которая обеспечивается химической структурой полимеров — системой сопряженных двойных связей, образованием комплексов с переносом заряда, координационными химическими связями. [c.5] Основные параметры. К основным параметрам электропроводящих полимерных материалов можно отнести удельное объемное сопротивление и обратную величину— удельную объемную проводимость удельное поверхностное сопротивление и обратную величину — удельную поверхностную проводимость сопротивление квадрата пленки температурный коэффициент удельного объемного (поверхностного) сопротивления и температурный коэффициент удельной проводимости. [c.6] Удельная поверхностная проводимость, См/м, 7 =1/р,,. [c.7] Дополнительная поверхностная проводимость полимерного материала обусловлена присутствием влаги на поверхности вода имеет значительную удельную проводимость. Достаточно тонкого слоя влаги на поверхности материала, и возникает заметная проводимость, определяемая в основном толщиной этого слоя. Поскольку сопротивление адсорбированной пленки влаги связано с природой материала, на поверхности которого она находится, поверхностную электрическую проводимость обычно рассматривают как свойство самого, электропроводящего полимерного материала. Адсорбция влаги на поверхности материала определяется относительной влажностью окружающей среды заметное уменьшение поверхностного сопротивления обычно наблюдается при значениях относительной влажности, превышающих 85—90%. Удельная поверхностная проводимость тем ниже, чем чище поверхность полимерного материала. [c.7] Для электропроводящих полимерных материалов, используемых в виде пленок, в промышленности наряду с указанными параметрами широко используется параметр — сопротивление квадрата пленки, т. е. сопротивление участка пленки, имеющего равную длину и ширину. Сопротивление квадрата пленки определяется выражением кв=р1)/Л, где Л — толщина пленки. Сопротивление квадрата пленки — параметр, удобный для конструирования приборов, поскольку при малых толщинах пленки определение удельного сопротивления и толщины затруднено. Единица сопротивления квадрата пленки — Ом, в ряде случаев она обозначается условно Ом/квадрат или Ом/кв. [c.7] Для целого ряда применений (резистивные элементы, нагреватели) важно знать, каково будет изменение сопротивления прибора или элемента при изменении температуры, поскольку, как правило, работа, любого прибора, электротехнического изделия гарантируется в довольно широком интервале температур [от —60—70 °С до предельно допустимой рабочей температуры, которая может достигать 800—1000°С]. [c.7] Измеряют ТК Рг обычно в %/°С или /°С. [c.8] Физико-химические и механические свойства электропроводящих полимерных материалов. При выборе электропроводящих полимерных материалов для конкретного применения учитывают не только их электрические свойства в нормальных условиях, но рассматривают также их стабильность при воздействии влажности окружающего воздуха, повышенных температур, мороза и радиоактивных излучений. [c.9] Качество изделий, в которых используются полимерные материалы, в большой степени зависит от механических свойств материалов от прочности на растяжение, сжатие, изгиб, удар, от твердости или эластичности. В ряде случаев к изделиям, а следовательно, и к материалам предъявляются требования вибропрочности. при раз-Л1ГЧНЫХ амплитудах и частотах колебаний. Для изделий, в которых имеется сопряжение разных материалов, большое значение имеют температурные коэффициенты линейного расширения. Отметим, что разработка технологических процессов изготовления электрических машин и аппаратов также требует знания физических, мешнических и химических свойств (например, окисляемость, растворимость, склеиваемость) материалов. [c.9] К -Важным физико-химическим свойствам электропроводящих полимерных материалов относятся гигроскопичность, влагопроницаемость, смачиваемость. Гигроскопичность — способность материала впитывать в себя влагу из окружающей среды. Влагопроницаемость — способность материала пропускать сквозь себя пары воды. Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество водяного пара. [c.9] Способность материала смачиваться водой (или другой жидкостью) характеризуется краевым углом смачивания 6 капли воды, нанесенной на плоскую поверхность т ла. Чем меньше 0, тем сильнее смачивание. Для смачиваемых поверхностей 0 90° (рис. 1.1,а), для несмачивае-мых 0 9О° (рис. 1.1,6). [c.10] Эффективный диаметр молекулы воды примерно равен 0,27 нм, поэтому молекулы воды могут проникать даже во внутримолекулярные поры электропроводящих полимерных материалов. В случае, когда поглощенная влага образует нити по объему полимерного материала, которые могут пронизывать значительную область объема, уже весьма малые количества поглощенной влаги приводят к резкому повышению электрической, проводимости полимерного материала. Когда влага распределяется по объему материала в виде отдельных, не соединяющихся между собой включений, то влияние влаги на электрическую проводимость незначительно. [c.11] Заметное снижение удельного объемного сопротивления под влиянием влажности наблюдается у пористых полимерных материалов, содержащих растворимые в воде примеси, создающие электролиты с высокой удельной проводимостью. Для таких материалов получается характерная зависимость р влажного образца от температуры, показанная на рис. 1.3. При нагревании влажного образца 1р уменьшается (до точки А участок /) вследствие увеличения степени диссоциации примесей в водном растворе, затем идет удаление влаги — сушка (участок //) и только при более высоких температурах (после точки II) наблюдается снижение р (участок III). [c.11] Кроме гигроскопичности, важное значение имеет влагопроницаемость электропроводящих полимерных материалов т. е. их способность пропускать пары воды. Это свойство важно для оценки качества материалов, применяемых для открытых элементов конструкций. При наличии мельчайшей пористости полимерные материалы обладают поддающейся измерению влагоироницаемостью. [c.12] При длительном использовании электроаппаратуры, особенно в тропических услов иях, на изделиях из электропроводящих полимерных материалов с органическим связующим наблюдается развитие плесени. Появление плесени снижает удельное поверхностное сопротивление и может также ухудшить механическую прочность материала, вызвать коррозию соприкасающихся с материалом металлических частей. [c.12] Тепловые свойства электропроводящих полимерных материалов. К важнейшим тепловым свойствам электропроводящих полимерных материалов относятся нагревостойкость, холодостойкость, теплопроводность и тепловое расширение. Способность полимерных материалов выдерживать без изменения параметров свыше определенных норм длительное воздействие температуры называют нагревостойкостью. Таким образом, нагревостойкость оценивают соответствующими изменениями температуры, при которой возникают изменения параметров полимерного материала. [c.12] При указанных температурах обеспечиваются технико-экономически целесообразные сроки службы электрооборудования. У электрооборудования с весьма коротким сроком службы возможно некоторое повышение рабочих температур соответствующих электропроводящих полимерных материалов по сравнению с приведенными выше. [c.13] Во многих случаях эксплуатации электропроводящих полимерных материалов важна холодостойкость, т. е. способность материала работать без ухудшения эксплуатационных характеристик при низких темпбратурах, до —60- —70 °С. При низких температурах многие электропроводящие полимерные материалы, гибкие и эластичные в нормальных условиях, при низких температурах становятся хрупкими и жесткими, что создает затруднения для их эксплуатации. Испытания электропроводящих полимерных материалов и изделий из них на действие низких температур нередко проводятся при одновременном воздействии вибраций. Теплота, выделяющаяся вследствие потерь мощности в электропроводящих полимерных материалах, переходит в окружающую среду через различные элементы конструкций. [c.13] Наименьшими значениями к обладают электропроводящие полимерные материалы. При пропитке материалов, а также под действием внешнего давления X увеличивается. Как правило, кристаллические электропроводящие полимерные материалы имеют более высокие значения Я, чем аморфные. [c.14] Вернуться к основной статье