CC BY
10ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СИНДИОТАКТИЧЕСКОГО 1,2-ПБ
Глазырин А.Б.
Кандидат технических наук, доцент кафедры технической химии и материаловедения, Башкирский
государственный университет, Басыров А.А.
аспирант кафедры технической химии и материаловедения, Башкирский государственный университет Заместитель генерального директора по развитию ООО "Юниматек", Россия, г. Уфа
Гадеев А. С.
магистрант 2 года обучения кафедры технической химии и материаловедения,
Башкирский государственный университет
Колтаев Н.В.
магистрант 2 года обучения кафедры технической химии и материаловедения,
Башкирский государственный университет
Николаева А.А.
студент кафедры технической химии и материаловедения, Башкирский государственный университет
ELECTRICAL PROPERTIES OF CARBON-FILLED POLYMERIC MATERIALS BASED ON SYNDIOTACTIC 1,2-PB
Glazyrin A.B.
PhD in technical, associate Professor of the Department of technical chemistry and materials science,
Bashkir State University Basyrov A.A.
postgraduate student of the Department of technical chemistry and materials science,
Bashkir State University
Deputy General Director for development LLC "Unimatech", Russia, Ufa.
Gadeev A.S.
master's degree student of the 2st year of training of technical chemistry and materials science,
Bashkir State University Koltaev N.V.
master's degree student of the 2st year of training of technical chemistry and materials science,
Bashkir State University Nikolaeva A.A.
student of the Department of technical chemistry and materials science, Bashkir State University АННОТАЦИЯ
Получены угленаполненные полимерные композиции на основе 1,2-СПБ/ТУ/ДОФ и 1,2-СПБ/ТУ/масло ПН-6. Исследована электропроводность пластифицированных угленаполненных полимерных материалов. Установлены наиболее подходящие полимерные материалы для переработки методом 3D-печати. ABSTRACT
The obtained carbon-filled polymer compositions based on 1,2-SPB/TU/DOF and 1,2-SPB/TU/oil PN-6. Investigated the electrical conductivity of plasticized carbon-filled polymeric materials. The most suitable polymeric materials for processing by 3D-printing.
Ключевые слова: 1,2-СПБ, ДОФ, масло ПН-6, электропроводность, 3D принтер. Keywords: 1,2-SPB, DOF, oil PN-6, the conductivity of a 3D printer.
Известным способом направленного регулирования механических свойств, а также электропроводности полимеров является введение в их состав наполнителей. В ряде случаев наполнение полимеров является и способом снижения стоимостного показателя получаемых конечных изделий. В токопроводящих ПКМ в качестве матрицы
используется полимер, а в качестве наполнителя чаще всего применяют различные порошки металлов, в том числе и благородных, углеродные порошки, диэлектрические порошки с токопроводя-щим покрытием. Свойства таких материалов будут определяться с одной стороны природой и свойствами компонентов, и концентрацией наполните-
ля, с другой - распределением наполнителя в матрице, типом структур, которые образуют частицы наполнителя, контактными взаимодействиями между частицами и процессами на поверхности наполнителя. Вопрос о механизме электропроводности полимерных композиционных материалов с дисперсным проводящим наполнителем подлежит рассмотрению и частым дискуссиям и в настоящее время [1].
Целью данной работы являлось изучение электрических свойств композиций на основе син-диотактического 1,2-полибутадиена, диоктилфта-лата, масла ПН-6 и технического углерода марки Prmtex XE-2B.
При этом решались следующие задачи:
1. Определение зависимости электропроводности композиций от степени содержания пластификатора масла ПН-6 и ДОФ;
2. Изучение влияния пластификатора на электромеханические свойства угленаполненных полимерных композиционных материалов на основе 1,2-СПБ.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Исходные вещества и реактивы: 1,2-СПБ, технический углерод марки Printex XE-2B, диок-тилфталат, масла ПН-6.
Композиции на основе 1,2-СПБ готовили путем смешения в металлическом цилиндре в течение 5 мин при скорости перемешивания 440 мин-1.
Получаемые порошкообразные композиции компаундировали на лабораторном одношнековом экструдере при температуре 160-180°С с последующим дроблением экструдата.
Расчет удельного электрического сопротивления проводили по формуле:
(1)
где: р - удельное сопротивление, Ом*мм; R - сопротивление образца, Ом; г - радиус образца, мм; ! - длина образца, см.
Измерение физико-механических и электропроводящих свойств полимерных композиционных материалов при растяжении проводили на разрывной машине со встроенным измерителем электропроводности. В качестве анализируемых объектов использовались образцы длиной около 2 см и диаметром 2±0,1 мм. Скорость нагружения составляла 10 мм/мин температура окружающей среды 22 ^
Логарифм удельной электропроводности определяли по формуле:
(2)
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Электропроводящие углеродные наполнители при введении их в полимерную матрицу способны обеспечивать значительное снижение электрического сопротивления композиционного материала по сравнению с сопротивлением исходного полимера [2]. Тогда как введение пластификаторов приводит к уменьшению электропроводности уг-ленаполненных полимерных композиций [3]. Установлено, что введение пластификаторов в состав полимерных композиций 1,2-СПБ/масло ПН-6/ТУ Prmtex XE-2B и 1,2-СПБ/ДОФ/ТУ Prmtex XE-2B приводит к спаду электропроводности (рис.1).
Содержание пластификатора, %
Рис. 1. Зависимость электропроводности от степени пластификации (содержание ТУ марки РгМвх ХЕ-2В 15%, 98,8 Н; 150°С). 1-1,2-СПБ/ДОФ/ТУ; 2-1,2-СПБ/масло ПН-6/ТУ.
Установлено, что с увеличением содержания пластификаторов электропроводящие свойства уменьшаются. Это связано с тем, что в присутствие пластификатора возможно происходит разрыв электропроводящей сетки за счет заполнения пространства между частицами технического углерода пластификатором. Электропроводность полимерной композиции 1,2-СПБ/ТУ/ДОФ уменьшаются от -2,26 до -2,98 Ом*м. при добавлении композиции от 0 до 50 масс.%. Тогда как в случае полимерной композиции на основе 1,2-СПБ/ТУ, наполненной ПН-6 уменьшается от -2,26 до -3 Ом*м. с повышением содержания пластификатора от 0 до 45 масс.%. Значение электропроводности в случае композиции включающий ДОФ выше, что по-видимому связано с тем что диок-
тилфталат не полностью агрегирован в объеме полимерной композиции 1,2-СПБ/ТУ.
В качестве объектов для изучения физико-механических свойств эластичных полимерных композиций были выбраны полимерные композиции на основе 1,2-СПБ с содержанием технического углерода Рпйех ХЕ-2В 15 масс.% и содержанием пластификаторов масла ПН-6 30 масс.% и ДОФ 30 масс.% (рис. 2). Выбор полимерных композиций был во многом связан с тем, что полимерные композиции с содержанием РпПех XE-2B 15 масс.% на основе реологических и электропроводящих свойств могут быть использованы для получения трехмерных электропроводящих прототипов методом 3D печати [4].
« Н
20
15
10
5
200
400
600
800
в,%
Рис. 2. Зависимость деформации от напряжения композиций на основе 1,2-СПБ/ ТУ: 1-ДОФ 30%; 2- Масло 30% (содержание ТУ марки Printex XE-2B 15%, 98,8Н).
0
0
Установлено, что полученные полимерные композиции на основе 1,2-СПБ/ТУ/масло ПН-6 обладают высокой эластичностью по сравнению с 1,2-СПБ/ТУ/ДОФ. Так полимерная композиция на основе 1,2-СПБ/ТУ/ДОФ разрушается от напряжении 1,89 мПа при деформации 71,20% тогда, как композиции на основе 1,2-СПБ/ТУ/масла ПН-6 подвергается разрушения от напряжении 2,89 мПа при деформации 186%. Различия в эластичности изученных композиций возможно связано с тем
что пластифицирующая способность масла марки ПН-6 по отношению к 1,2-СПБ выше, чем в случае использования ДОФ.
Одновременно с проведением испытаний на растяжение измерялась электропроводность угле-наполненных полимерных композиций. Установлено, что с увеличением степени деформации электропроводность компаундов снижается, зависимость ^(о) от е близка к линейной (рис. 3).
Б,%
Рис. 3. Зависимость логарифма электропроводимости от деформации угленаполненной полимерной композиции (содержание ТУ марки Printex XE-2B 15%, 98,8 Н). 1-1,2-СПБ/ДОФ 30 масс.% /ТУ; 2-1,2-
СПБ/масло ПН-6 30 масс. % /ТУ.
Так для композиции СПБ-ТУ-ДОФ с увеличением растяжения от 0 до 71% электропроводность уменьшается от 7,9*10-3 до 3,6*10-3 (Ом*см)-1. Для полимерной композиции СПБ/ТУ/масло ПН-6, обладающей более высокой растяжимостью (е=186%) электропроводность снижается от 6,3*10-3 до 3,98*10-3 (Ом*см)-1. Изменения электропроводности, по-видимому, связано с частичным разрывом электропроводящей сетки наполнителя в полимерной матрице при растяжении образца.
Таким образом угленаполненные композиции 1,2-СПБ/ТУ (15%)/масло ПН-6 (30%) могут быть использованы для получения эластичных электропроводящих материалов и изделий, в частности датчиков движения [4].
ВЫВОДЫ
1. Изучение механических свойств углена-полненных композиций на основе 1,2-СПБ при растяжении показало, что композиты, содержащие в качестве пластификатора масло ПН-6 (30 масс.%) характеризуется более высоким комплексом свойств (о=2,9 Мпа; е=181 %).
2. Установлено, что для угленаполненных композиций СПБ, содержащих пластификаторы
(масло ПН-6, ДОФ) наблюдается линейное снижение электропроводности с увеличением деформации полимерного образца. Изученные композиты могут быть использованы для получения эластичных электропроводящих материалов и изделий, например, датчиков движения.
Литература
1. Берлин А. А. Современные полимерные композиционные материалы (ПКМ) // Соросов-ский образовательный журнал. - 1995. - №1. - C. 36-40.
2. J.F. Feller, S. Bruzaud, Y. Grohens, Influence of clay nanofiller on electrical and rheological properties of conductive polymer composite, Materials Letters, 2004, 58, р. 739-745.
3. Тиниус. К / Пластификаторы. Перевод со второго переработанного немецкого издания Г.В. Ткаченко и З.М. Левиной под редакцией проф. Е.Б. Тростянской./ М.-Л.: Химия, 1964. — 916 с.
4. Глазырин А.Б., Басыров А.А., Гадеев и др./Эластичные электропроводящие материалы на основе 1,2-СПБ композиции. /Universum: Химия и биология.: электронный научный журнал № 10(28).
