Электретные композиционные материалы на основе полиэтилена тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат технических наук Козлов, Андрей Александрович

• Козлов, Андрей Александрович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Козлов, Андрей Александрович

Рва - содержание винил ацетата j - плотность тока s - диэлектрическая проницаемость е" - коэффициент диэлектрических потерь es - статическая диэлектрическая проницаемость в - краевой угол смачивания pv - удельное объемное электрическое сопротивление ps - удельное поверхностное электрическое сопротивление

7эфф - эффективная поверхностная плотность заряда crPt (тгом - реальный заряд (гомозаряд) тж - время жизни электрета тНагр - время предварительного прогрева образцов тпол - время поляризации тр - время релаксации тхр - время хранения электрета

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Электреты: история и основные понятия

1.2 Образование электретного заряда в полимерных материалах

1.3 Релаксация зарядов и термоактивационные процессы в полимерах

1.4 Стабильность электретного заряда полимерных электретов

1.5 Влияние заряда на структуру и свойства

1.6 Применение электретов

1.7 Полимерные сегнетоэлектрики и композиции полимеров и сегнетоэлектриков

1.8 Методы оценки пространственного распределения заряда в электретах

1.9 Многослойные электреты

1.10 Диэлектрическая поляризация полимеров

1.11 Многослойные полимерные пленки: технология и применение

1.12 Электрические явления в системе адгезив-субстрат

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Характеристика исходных веществ

2.2 Приготовление полимерных композиций и плёнок

2.3 Получение плёночных короноэлектретов

2.4 Методы исследования плёночных короноэлектретов

2.4.1 Определение толщины пленочного образца

2.4.2 Определение электрических свойств

2.4.3 Снятие ИК-спектров исследуемых образцов

2.4.4 Измерение диэлектрической проницаемости

ГЛАВА 3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1 Исследование электретных свойств композиционных электретов на основе полиэтилена и сегнетоэлектрика

3.2 Исследование характера распределения заряда по объёму короноэлектретов

3.3 Влияние электретного эффекта на адгезию полимерных композиций к металлам

3.4 Исследование электретного эффекта в двухслойных полимерных плёнках

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электретные композиционные материалы на основе полиэтилена»

Актуальность работы. Области применения электретов -диэлектриков, длительно сохраняющих электрические заряды разного или одного знака, в последние десятилетия неуклонно расширяются. Электрические преобразователи тепловых, механических, акустических, оптических и др. сигналов, генераторы, фильтры, элементы узлов трения и герметизации, антикоррозионные покрытия, медицинские аппликаторы и эндопротезы суставов - вот далеко не полный перечень устройств и конструкций, где успешно используются электреты. Поэтому расширение спектра знаний в области технологий и регулирования свойств таких материалов является актуальным.

В то же время все больше наблюдается тенденция замены неорганических, трудно перерабатываемых материалов на органические полимеры для создания электретов. Особое внимание оказывается поиску новых электретных материалов, заключающемуся в получении полимерных композиционных материалов и композиционных конструкций. Например, преимуществами полимерных композиционных материалов является возможность относительно легкого управления их свойствами путем модификацией наполнителями различной природы, пластификаторами, красителями и другими добавками. К перспективным также относятся многослойные полимерные электреты, наличие слоистой структуры в которых способно привести к появлению особенностей, не характерных для однослойных материалов. В этом плане актуальность разработок электретов на основе сравнительно дешевого и крупнотоннажного полиэтилена безусловна.

Целью работы явилась разработка электретных материалов с высокими и стабильными характеристиками на основе полиэтиленовых композиций.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

- изучить проявление электретного эффекта в композициях полиэтилена с дисперсными сегнетоэлектрическими наполнителями и проследить влияние технологических параметров получения композиций из исследуемых материалов на их электретные характеристики;

- оценить и смоделировать распределение инжектированного заряда по объему диэлектрика, после его электретирования в поле коронного разряда;

- изучить электретные свойства двухслойных плёночных материалов и оценить влияние нижнего слоя на величину и стабильность их электретных характеристик.

Научная новизна работы. Изучены особенности проявления электретного эффекта в полимерных композиционных короноэлектретах на основе полиэтилена с дисперсными сегнетоэлектрическими наполнителями. Достижение больших и стабильных электретных свойств композиций, достигается при их получении с температурой предварительного нагрева выше температуры плавления полимера и точки Кюри сегнетоэлектрика и охлаждении в поле коронного разряда. Разработана методика оценки распределения заряда по объему диэлектрика, заключающаяся в измерении электретных свойств двухслойных материалов до и после удаления верхнего слоя с помощью растворителя. Обнаружен эффект влияния нижнего слоя двухслойного короноэлектрета на его электретные свойства.

Практическая ценность работы. По результатам работы предложены электретные материалы с высокими и стабильными электретными характеристиками, которые могут найти применения в традиционных областях использования электретов.

Апробация работы. Результаты работы доложены на Юбилейной научно-методической конференции «III Кирпичниковские чтения» (г. Казань, 2003), X, XII и XIII Всероссийских конференциях «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик, 2003, 2005 и 2006 гг.), XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии» (г. Казань, 2003 г.), III и V Молодежных научно-технических конференциях «Будущее технической науки» (г. Н. Новгород, 2004 и 2005 г.), Международной конференции «Композит-2004» (г. Саратов, 2004 г.), Международной научно-технической и методической конференции «Современные проблемы технической химии» (г. Казань, 2004 г.), 11-й Международной конференции студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (г. Казань, 2005 г.), II Санкт-Петербургской конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах» (г. Санкт-Петербург, 2006 г.), Молодежной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки и образования» (г. Зеленодольск, 2006 г.), VI Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (г. Кисловодск, 2006 г.), III Всероссийской научной конференции с международным участием «Физико-химия процессов переработки полимеров» (г. Иваново, 2006 г.), Международной молодежной научной конференции «XIV Туполевские чтения» (г. Казань, 2006 г.), Четвертой Всероссийской Каргинской конференции «Наука о полимерах 21-му веку» (г. Москва, 2007 г.), научных сессиях Казанского государственного технологического университета (Казань, 2003 - 2007 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 1 статья в центральном журнале, 9 статей в сборниках научных трудов и материалах конференций, 20 тезисов докладов на научных конференциях и сессиях.

Благодарность. Соискатель благодарит канд. техн. наук, доц. Галиханова М.Ф. за активное участие в планировании, выполнении и обсуждении работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и выводов. Работа изложена на 148 страницах, содержит 56 рисунков, 19 таблиц и список литературы из 103 ссылок.

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Козлов, Андрей Александрович

выводы

1. Исследованы электретные свойства и особенности проявления электретного эффекта в композиционных короноэлектретах на основе полиэтилена с дисперсными сегнетоэлектрическими наполнителями. Свойства электретных характеристик композиций в значительной степени определяются температурой их предварительного прогрева перед электретированием. Для достижения стабильных электретных свойств полученных композиций, температура предварительного нагрева должна быть выше температуры плавления полимера и точки Кюри сегнетоэлектрика, а охлаждение должно проводиться в поле коронного разряда. Это позволяет получать композиции на основе полимеров с дисперсными сегнетоэлектрическими наполнителями со стабильными электретными свойствами.

2. Предложена методика оценки распределения заряда по объему диэлектрика, заключающаяся в создании двухслойного короноэлектрета с последующим измерением его электретных свойств до и после удаления верхнего слоя. На основании этих результатов представлена схема распределения заряда по объему короноэлектрета, которая согласуется с положением о том, что заряд определяется разницей гомозаряда, инжектированного во время электретирования в коронном разряде, и гетерозаряда, образованного поляризованными дипольными группами имеющимися в объеме полимера и образующимися в процессе электретирования.

3. Обнаружен эффект влияния на свойства двухслойного короноэлектрета нижнего слоя. Показано, что значения электретных характеристик двухслойных короноэлектретов на основе различных полимеров и сополимеров этилена с винилацетатом ухудшаются с ростом полярности нижнего слоя из-за роста доли гетерозаряда в общем заряде электрета.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Козлов, Андрей Александрович, 2007 год

1. Электреты / Под ред. Г. Сесслера; пер. с англ. М. : Мир, 1983.-487 с.

2. Гольдаде, В. А. Электретные пластмассы: физика и материаловедение / В. А. Гольдаде, Л. С. Пинчук, под ред. В. А. Белого. Мн.: Наука и техника, 1987.-231 с.

3. Cresswell R. A. Telesis. / R. A. Cresswell, В. I. Gribbon, М. A. Kabayama, М. М. Perlman. V. 2, № 1.1971. -Р. 21-26.

4. Ванников, А. В. Радиационные эффекты в полимерах. Электрические свойства/ А. В. Ванникова. М., 1982- 180с.

5. Лущейкин, Г.А. Докл. VII Всесоюз. Симпозиума по механоэмиссии и механохимии твёрдых тел. Ташкент. / Г.А. Лущейкин, А. Г.Джабаров, -1981.-Т. 1.-С.31-36.

6. Махлис, Ф. А. Радиационная физика и химия полимеров. / Ф. А. Махлис, М., 1972.-121 с.

7. Своллоу, А. П. Радиационная химия органических соединений. / А. П. Своллоу. М., 1963. - 173 с.

8. Чарлзби, А. Г. Ядерные излучения и полимеры. / А. Г. Чарлзби, М., 1962.

9. Pfister G. С. J. Appl. Phys. / G. С. Pfister, М. A. Abkowitz, 1974. V. 5, № 3.1001-1008 p.

10. Walker D. К. Elektrets, charge storage and transport in dielektrics / D. K. Walker, D. O. Jefimenko, M. M. Perlman. Princeton, 1973. P. 455^161.

11. Gross B. J. Chem. Phys. / B. Gross, R. J. de Moraes. 1962. V. 37, № 4. P. 710-713.

12. Van Turnhout J. Termally stimulated discharge of polimer electrets. / J. Van Turnhout. Amsterdam, 1975.-241 p.

13. Vanderschueren J. J. Polym. Sci.: Pol. Phys. Ed. / J. Vanderschueren. 1977. V. 15. №5.-P. 873-880.14