Особенности электретного состояния в смесях неполярных полимеров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат технических наук Лучихина, Татьяна Александровна

• Лучихина, Татьяна Александровна
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лучихина, Татьяна Александровна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Определение электрета. Виды электретов и способы их получения. Сущность получения короноэлектретов. Свойства электретов Применение электретов.

1.2 Смеси полимеров. Взаиморастворимость. Коллоидная структура. Термоэластопласты.

1.3 Электреты на основе смесей полимеров.

1.4 Электреты в системах герметизации

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования

2.2. Методы приготовления короноэлектретов

2.2.1 Взвешивание

2.2.2 Получение полимерных композиций

2.2.3 Прессование полимерных композиций

2.2.5 Электретирование композиционных пластин 50 2.3 Методы исследования полимеров, полимерных смесей и короноэлектретов на их основе

2.3.1 Методы исследования полимеров, полимерных композиций и короноэлектретов на их основе

2.3.2 Исследование электретов методом термостимулированной деполяризации

2.3.3 Измерение электрического сопротивления образцов

2.3.4 Методы определения фазовой структуры смесей полимеров (селективное растворение)

2.3.5. Оптическая микроскопия

2.3.6 Измерение кинетики сорбции

ГЛАВА 3 КОРОНОЭЛЕКТРЕТЫ НА ОСНОВЕ СМЕСЕЙ

НЕПОЛЯРНЫХ ПОЛИМЕРОВ

ГЛАВА 4 КОРОНОЭЛЕКТРЕТЫ НА ОСНОВЕ

ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТОВ

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности электретного состояния в смесях неполярных полимеров»

Актуальность работы. В машиностроении широко применяется герметизация соединений с помощью полимерных покрытий, которые используются как самостоятельные герметизирующие элементы или как средство повышения герметичности в контактных уплотнениях. Благодаря высоким эксплуатационным свойствам, доступности, относительно низкой стоимости, удовлетворительной маслостойкости в узлах герметизации используются ТЭ-Пы (термоэластопласты). Наиболее распространенными ТЭП являются смеси полиолефинов с неполярными каучуками. В основе многих методов герметизации лежит воздействие электрических полей на герметизируемые и разделительные среды, находящиеся в зазорах уплотнений. Именно поэтому элек-третные элементы уплотнений являются простым средством регулирования параметров герметизации. Их эффективность обусловлена, во-первых, тем, что с помощью электрической поляризации можно регулировать деформационно-прочностные характеристики герметизаторов. Во-вторых, электрические поля оказывают воздействие на процессы растекания жидкостей и смачивания, влияют на кинетику течения жидкостей. Поэтому изучение электретов на основе смесей полимеров является актуальной задачей.

Целью работы явилось изучение электретного состояния смесей неполярных полимеров.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи: ,

- изучить электретные свойства смесей полимеров и их зависимость от состава композиций;

- исследовать коллоидную гетерогенную структуру и определить ее влияние на величину и стабильность электретных характеристик смесей неполярных полимеров;

- изучить влияние электретного состояния смесевых термоэластопластов на эффективность их работы в качестве герметизирующих элементов;

- изучить поведение разработанных электретных материалов в различных средах применительно к практическому использованию в узлах герметизации.

Научная новизна работы. В работе впервые показано, что.определяющее влияние на поляризуемость смеси неполярных полимеров оказывает ее коллоидная гетерогенная структура и, как следствие, прерывность границы раздела фаз. Пока один из полимеров образует непрерывную фазу, значения электретных характеристик возрастают с увеличением содержания дисперсной фазы. При переходе структуры в матричную, где граница раздела фаз непрерывна, электретные свойства смеси полимеров существенно снижаются. Элек-третирование смесевого композиционного материала уменьшает его сорбци-онные возможности в 1,5-2 раза.

Практическая ценность работы. По результатам работы предложены электретные материалы с высокими и стабильными электретными характеристиками, которые могут найти применение в традиционных областях использования электретов. На основе электретной смеси полимеров разработан элемент узла герметизации, повышающий эффективность его работы.

Апробация работы. Результаты работы доложены на Международной научно-технической и методической конференции «Современные проблемы технической химии» (Казань, 2004), I и III Санкт-Петербургской конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2005, 2007), 11-й Международной конференции студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, 2005), XIII Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик, 2006), научных сессиях Казанского государственного технологического университета (Казань, 2005, 2006, 2008).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 2 статьи в центральных журналах по перечню ВАК, 3 статьи в сборниках научных трудов и материалах конференций, 6 тезисов докладов на научных конференциях и сессиях.

Благодарность. Соискатель благодарит канд. техн. наук, доц. Галиха-нова М.Ф. за активное участие в планировании и обсуждении работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и выводов. Работа изложена на 92 страницах, содержит 32 рисунка, 16 таблиц и список литературы из 80 ссылок.

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Лучихина, Татьяна Александровна

выводы

1. Впервые показано, что зависимости электретных характеристик смесей крупнотоннажных неполярных полимеров от состава характеризуются двумя максимумами, причем, повышенные значения электретных свойств характерны для смесей с преобладающим содержанием одного из полимеров. Найдено, что определяющее влияние на поляризуемость смеси полимеров оказывает ее коллоидная гетерогенная структура и, как следствие, прерывность границы раздела фаз. Подобные зависимости являются характерными для ряда смесевых полимерных систем, таких как ПЭВП-ПС, ПЭНП-ПС, ПП-ПС, ПЭНП-СКБ, ПЭВП-СКБ, ПЭНП-СКЭП, ПЭНП-СКЭПТ, ПЭНП-СКЭПТ с вулканизующими агентами.

2. Показано, что для смесей неполярных полимеров с коллоидной дисперсной структурой носители заряда в процессе поляризации захватываются только ловушками одного полимера и ловушками на границе раздела полимерных фаз. В этом случае заряд короноэлектретов на 15 — 85 % выше аддитивных значений. В смесевых системах с матричной структурой захват, носителей заряда осуществляется ловушками обоих полимеров, а релаксация их инжектированного заряда происходит по границе раздела фаз. В этом случае электретные свойства смеси полимеров неудовлетворительны.

3. Выявлено, что электрическое поле электретного смесевого композиционного материала изменяет кинетику сорбции различных жидкостей в объем образца. Присутствие электрического поля снижает количество сорбированной жидкости в объеме композиции в 1,5-2 раза. По результатам исследования предложен элемент узла герметизации, повышающий эффективность его работы в агрессивных средах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лучихина, Татьяна Александровна, 2008 год

1. Голъдаде В. А, Пинчук J1.C. Электретные пластмассы: физика и материаловедение / Под ред. В.А. Белого. - Мн.: Наука и техника. - 1987. - С. 231.

2. Губкин А.Н. Электреты. М.: Наука, 1978. - С. 192.

3. Гороховатский Ю.А. Электретный эффект и его применение. // Соро-совский образовательный журнал. 1997. - № 8. - С. 92-98.

4. Электреты / Под ред. Сесслера Г.- М.: Мир. 1983. - С. 487.

5. Борисова М.Э., Койков С.Н. Электретный эффект в диэлектриках. // Изв. ВУЗов. Сер. Физика. 1979. - № 1. - С. 74-89.

6. Гриднев С.А. Диэлектрики с метастабильной электрической поляризацией. // Соросовский образовательный журнал. 1997. - № 5. - С. 105-111.

7. Электрические свойства полимеров/ Сажин Б.И., Лобнов A.M., Романовская О.С. и др. Под ред. Б.И. Сажина. Л.: Химия. - 1986. - С. 224.

8. Киселев В.Ф., Крылов О.В. Адсорбционные процессы на поверхности полупроводников и диэлектриков. М.: Наука. — 1978. — С. 256.

9. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. М.: Мир. - 1980. - С. 488.

10. Као К, Хуанг В. Перенос электронов в твердых телах. Электрическиесвойства органических полупроводников 4.1. М.: Мир. - 1984. - С. 352.

11. Лущейкин Г.А. Полимерные электреты. М.: Химия. - 1984. - С. 184.

12. Лущейкин Г.А. Электретный эффект в полимерах. Достижения в получении и применении электретов. // Успехи химии. 1983. - Т. 52. - Вып. 8. -С. 1410-1431.

13. Жукова С.А., Жуков A.A., Драчев А.И. Влияние обработки в плазме ВЧ-разряда тонких полиимидных пленок на диффузию воды. // Химия высоких энергий. 2005. - Т. 39. - № 3. - С. 232-236.

14. Богуславский Л.И., Ванников A.B. Органические полупроводники и биополимеры. М.: Наука. — 1968. — С. 180.

15. Ефашкин Г.В. Электреты диэлектрические аналоги магнитов // «Квант» 1991, № 6 С.34-40

16. Полимерные смеси / Под ред. Д. Пола, П. Ньюмана. М.: Мир. 1981. -Т. 1.-С. 550.1. V ' О

17. Заикин А.Е., Галиханов М.Ф. Основы создания полимерных композитных материалов // К.: КГТУ, 2001. С. 140.

18. Мэнсон Дж., Сперлинг Л. Полимерные смеси и композиты. Пер. с англ. / Под ред. Ю.К.Годовского. М. : Химия, 1979. - С. 440.

19. Многокомпонентные полимерные смеси / Под ред. Голда Р.Ф.М.: Химия. 1974.-С.328.

20. Беспалов Ю.А., Коноваленко Н.Г. Многокомпонентные системы на основе полимеров. М.: Химия, 1987. - С. 264.

21. Липатов Ю.С. Межфазные явления в смесях полимеров. Высокомолекулярные соединения // Высокомолекул. соед. Сер. А. - 1978. - Т. 20. - № 1.-С. 3-16.

22. Кулезнев В.Н. Смеси полимеров. М. ; Химия, 1980. - С. 304.

23. Друзь Н.И., Чалых А.Е., Алиев АД. Влияние молекулярной массы и состава полимеров на фазовое равновесие в системах полиэтилен сополимеры этилена с винилацетатом // Высокомолекул. соед. - Сер. Б. - 1987. - Т. 29. -№ 2. -С. 101-104.

24. Липатов Ю.С. Межфазные явления в смесях полимеров. Высокомолекулярные соединения, сер. А. 1978. - Т.20, №1. - С. 852 - 859.

25. Вольфсон С.И. Динамически вулканизованные термоэластопласты: Получение, переработка, свойства. -М.: Наука, 2004. С. 173.

26. Термоэластопласты / Под ред. Моисеева B.B. М.: Химия, 1979. — С.440.

27. Гуль В.Е., Кулезнёв В. Н. Структура и механические свойства полимеров: Учеб. Для хим. технолог. Вузов - 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство «Лабиринт», 1994. - С. 367.

28. Coran A., Patel R., Williams D. Selecting polymers for thermoplastic vul-kanizates // Rubber Chem. and Technol. 1982 Vol.55, N 1. P. 116-136.

29. Coran A., Patel R. Thermoplastische Vulkanisate ausverschieden Kautsch-KunstoffVerschitten// Kautsch 1982 Bd. 35, N 3. S.194-199

30. Elliott D., Wheelans M. Moulding of natural rubber // PP blends: (Mould polyolefins Intern, conf., London, 5-6 Nov., 1980). L., 1980 P.40-47

31. Coran A., Patel R. EPDM- polypropylene thermoplastic vulkanisates // Rubber Chem. and Technol. 1980 Vol.53, N 1. P. 141-150.

32. Radush H.J. Thermoplastische Elastomere durch dynamische Vulkanisation von Thermoplast- Kautschuk-Mischungen // Polymerwerkstoffe-98, Germany, 1998.S .193-200.

33. Вольфсон С.И., Хусаинов АД. Изготовление и свойстватермопла-стичных резин на основе изопренового каучука и полипропилена // Пр-во шин, резинотехн. и асбестотехн. изделий. 1993. №5. С. 15-18.

34. Краузе С. Совместимость в смесях полимер полимер // Полимерные смеси / Под ред. Д. Пола, С. Ньюмена; Пер. с англ. под ред. Ю.К. Годов-ского, B.C. Панкова. М.: Мир- 1981. -Т. 1. -С. 26-144.

35. Тагер A.A. Причины термодинамической совместимости полимеров и способы ее усиления // Тез. докл. Всерос. конф. по смесям полимеров. Иваново. 1986.-С. 5-6.

36. Пестов С.С. Исследование фазовой структуры и совулканизации каучуков в смеси: Автореф. дис. канд. хим. наук. М. 1979. - С. 22.

37. Хорин В.А., Кулаков В.В., Миронов Н.Ф. Гомогенизация смесей полипропилена в присутствии неорганических наполнителей // Высокомолекуляр. Соединения А. 1982. Т.23, № 5. С.960-963.

38. Вольфсон С.И., Карп М.Г. Хусаинов А.Д. Динамический .термопласт на основе каучука СКИ-3 и полипропилена // Тез. докл. Отраслевого совещ. «Проблемы и перспективы развития ПО «Томский нефтехимический комбинат» ». Томск, 1991. С. 10-11.

39. Заикин А.Е., Галиханов М.Ф., Архиреев В.П. Исследование условий повышения межфазного взаимодействия в гетерогенных смесях полимеров при их наполнении. // Механика композиционных материалов и конструкций. 1998. - Т. 4. - № 3. - С. 55-61.

40. Заикин А.Е., Галиханов М. Ф., Архиреев В.П. Влияние способа получения наполненной смеси полимеров на взаимную растворимость ее компонентов. // Высокомолек. соед. Сер. Б. — 1999. - Т. 41. - № 3. — С. 547—551.

41. Галиханов М.Ф., Заикин А.Е. Усиление смеси полимеров порошкообразным наполнителем. // Пласт, массы. 1999. - № 3. - С. 9-11.

42. Заикин А.Е., Галиханов М.Ф., Габутдинов М.С., Архиреев В.П., Чере-вин В.Ф., Шереметьев В.М. Способ получения термопластичной резиновой смеси. // Патент на изобретение № 2138522 по заявке № 97111522/04 от 10.07.97. Опубл. 27.09.99. - Бюл. № 27.

43. Лущейкии Г. А. Методы исследования электрических свойств полимеров. -М.: Химия 1988.-С. 160.

44. Yang G.M., Sessler G.M., Hatke W. Electret properties of cycloolefin-copolymer-polypropylene blends. // Proc. of 10th Int. Symp. on Electrets. Delphi, Greece, 1999. - P. 317-320.

45. Mizutani Т., Zhang C., Ishioka M. Space charge behavior in LDPE and its blend polymers. // Proc. of 11th Int. Symp. on Electrets. Melbourne, Australia, 2002.-P. 147-150.

46. Zhang C., Mizutani Т., Kaneko K., Ishioka M. Decay of space charge in LDPE and its blend polymers. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2002. - V. 35. - P. 18751879.

47. Алиев A.A. Электретные свойства полимерных смесей. // Power Engineering. 2003. -№ 5. - P. 53-57.

48. Рамазанов M.A., Абасов C.A., Рамазанова С.Дж. Влияние зарядового состояния на прочностные свойства композиции на основе полипропилена и полиэтилена. // Тезисы докладов XV Симпозиума «Современная химическая физика».-Туапсе, 2003.-С. 231-232. ,

49. Magerramov А. М, Safarov N. J., Sharifov Z. Z. Electrification and electret properties of polymer mixtures. // Turk. J. of Phys. 1996. - V. 20. - № 12. -P. 1250-1255.

50. Громыко Ю.В., Климович А.Ф. Электретный эффект в полимер — полимерных композитах. // Докл. АН БССР. 1989. - Т. 33. - № 6. -С. 531-534.

51. Frensch Н., Wendorff J.H. Correlations between the structure and the electret behavior of PVDF/PMMA-alloys. // Proc. of 5th Int. Symp. on Electrets. -Heidelberg, 1985.-P. 132-137.

52. Sekar R., Tripathi A.K., Goel T.C., Pillai P.K.C. Thermally stimulated discharge current studies on PMMA-PVAc blends. // Proc. of 5th Int. Symp. on Electrets. Heidelberg, 1985. - P. 181-190.

53. Datt S.C., Singh R., Keller J.M., Solanki Y. Characteristics of ethyl cellulose (EC): poly methyl methacrylate (PMMA) blend electrets. // Proc. of 7th Int. Symp. on Electrets. Berlin, 1991. - P. 606-611.

54. Matsuura S., Takamatsu T. Electret state in blendmers of polypropylene, PP grafted with maleic anhydride and polycarbonate. // Proc. of 9th Int. Symp. on Electrets. Shanghai, China, 1996. - P. 487-492.

55. Patil P.E., Keller J.M. Dubey R.K., Datt S.C. Thermal currents in poly-blends of PMMA and PVC. // Proc. of 9th Int. Symp. on Electrets. Shanghai, China, 1996.-P. 571-575.

56. Galukov O., Borisova M., Kanapitsas A., Pissis P. Thermally stimulated depolarization current and conductivity in polyurethane/styrene-acrylonitrile blends. // Proc. of 10th Int. Symp. on Electrets. Delphi, Greece, 1999. - P. 151-154.

57. Kolesov I.S. TSDC and TSDC-TS study of segment mobility peculiarities in the phases of finely dispersed binary polymer blends. // Proc. of 10th Int. Symp. on Electrets. Delphi, Greece, 1999. - P. 155-156.

58. Kanapitsas A., Pissis P. Molecular mobility and hydration properties in polyurethane and styrene-acrylonitrile blends. // Proc. of 10th Int. Symp. on Electrets. Delphi, Greece, 1999. - P. 485^188.

59. Shimizu //., Horiuchi S., Nakayama К The structural analysis of miscible polymer blends using thermally stimulated depolarization current method. // Proc. of 10th Int. Symp. on Electrets. Delphi, Greece, 1999. - P. 549-552.

60. Shimizu H., Horiuchi S., Nakayama K. An appearance of heterogeneous structure in a single-phase state of the miscible PVME/PS blends. // Macromole-cules. 1999. - V. 32. - № 2. - P. 537-540.

61. Borisova M, Galukov O., Kanapitsas A. Polarization phenomena in blends of polyurethane and styrene-acrylonitrile // Proc. of 10th Int. Symp. on Electrets. Delphi, Greece, 1999. - P. 573-576.

62. Bai В., Zhang C., Chan H.L., Choy C-L. Thermally stimulated depolarization current in ferroelectric blends of copolymers of vinylidene fluoride with trifluoroethylene. // Proc. of 11th Int. Symp. on Electrets. Melbourne, Australia. 2002. P. 147-150.

63. Sakkopoulos S., Vitoratos E., Grammatikakis J., Papathanassiou A.N., Dalas E. Electrical conductivity and TSDC study of the thermal aging in conductiv polypyrrole/polyaniline blends. // J. of Materials Sci. 2002. - V. 37. - P. 28652869.

64. Khare P.K, Gaur M.S., Srivastava A.P. Polarization and depolarization studies in polymethyl methacrylate: Polyvinyl pyrrolidone polyblend films. // Indian J. of Pure & Appl. Phys. 1993. -V. 31. - P. 102-105.

65. Пинчук JI.C., Голъдаде B.A. Электретные материалы в машиностроении. Гомель: Инфотрибо. - 1998. - С. 288.

66. Громов B.B. Влияние электрического поля на физико-химические процессы. // Журн. физ. химии. 1999. - Т. 73. - № 10. - С. 1789-1795.

67. Пинчук Л.С., Безруков C.B., Мышакова Е.А., Голъдаде В.А., Алешке-вич E.H., Белый В.А. О влиянии электрической поляризации на растворение полимеров.//Докл. АН СССР. 1991.-Т. 321.-№5.-С. 1025- 1027.

68. Савиных Б.В., Гумеров Ф.М. Свойства переноса диэлектрических жидкостей и тепло- массообмен в электрических полях. — Казань: Фэн. — 2002. -С. 384.

69. Вертячих И.М., Голъдаде В.А., Неверов A.C., Пинчук Л.С. Влияние электрического поля полимерного электрета на сорбцию паров органического растворителя. // Высокомолек. соед. Сер. Б. - 1982. - Т. 24. - № 9. — С. 683687.

70. Галиханов. М. Ф. , Борисова А.Н., Дебердеев Р.Я. Влияние поляризации полиэтиленовых пленок на миграцию низкомолекулярных примесей // Высокомолекуляр. Соединения А. 2006. Т.48, № 2. С.238-244.

71. Заикин А.Е., Галиханов М.Ф., Архиреев В.П. Влияние наполнителя на термодинамическую устойчивость смесей полимеров. // Высокомолек. соед. — Сер. Б. 1997. - Т. 39. - № 6. - С. 1060-1063.

72. Заикин А.Е., Галиханов М.Ф., Зверев A.B., Архиреев В.П. Влияние наполнителя на взаимную растворимость компонентов в полимерной смеси. // Высокомолек. соед. Серия А. - 1998. - Т. 40. - № 5. - С. 847 - 852.

73. Галиханов М.Ф., Дебердеев Р.Я. II Вестник Казанского технологического университета. 2005. № 1. С. 318-322.

74. Галиханов М.Ф., Лучихина T.А. II Журнал прикладной химии. 2006. Т. 79. Вып. 7. С. 1163-1167.

75. Голъдаде В.А. Электретные композитные материалы на основе полимеров: основные свойства и новые области применения. // Механика композитных материалов. 1998. - Т. 34. - № 2. - С. 153-162.

76. Канаузова A.A., Юмашев М.А., Донцов A.A. Получение термопластичных резин методом «динамической вулканизации» и их свойства. Тематический обзор. М.: ЦНИИТЭИНефтехим. - 1985. - С. 65.

77. Справочник резинщика / М.: Химия. 1971. — С. 608.

78. Галиханов М.Ф., Еремеев Д. А., Дебердеев Р.Я. Электретный эффект в композициях полистирола с аэросилом//ЖПХ. -2003.- Т. 76. Вып. 10.- С. 1696-1700.

79. Галиханов М.Ф., Еремеев Д. А., Дебердеев Р.Я. Изучение короноэлек-третов на основе полиэтилена и диоксида кремния // Материаловедение. -2003. № 9. - С. 24-29.

80. Галиханов М.Ф., Еремеев Д.А., Дебердеев Р.Я. Влияние наполнителя на электретный эффект в полистироле // Вопросы материаловедения. 2003. -№2. - С. 32-38.

81. Вертячих И.М., Пинчук Л.С., Цветкова Е.А. Влияние наполнителей на величину электретного заряда полимерных материалов. Высокомолекул. соед, Сер. Б. - 1987. - т.29. - №6. - С.460-463.