Композиційні електрети на основі полівінілхлориду - Автореферат

Полімерні електрети - діелектрики, що тривалий час зберігають залишкову поляризацію, широко використовуються в техніці (електроакустичні та електромеханічні перетворювачі, електретні повітряні фільтри, електрофотографія, електростатичний запис, радіаційна дозиметрія), медицині (електретні штучні судини з полімерів, контейнери для зберігання крові), і області їх застосування постійно розширюються. По-друге, в процесі формування термоелектретів структура полімеру може суттєво змінюватись, впливаючи на комплекс їх властивостей. Однак, не зважаючи на досягнуті успіхи в дослідженні цих процесів, залишаються відкритими питання впливу низькомолекулярних інгредієнтів з різною величиною діелектричної проникності (еу), фізико-хімією поверхні, величини напруженості ЕП (Е), виду і вмісту (j) високодисперсного наповнювача та пластифікатора на електретні властивості ПКМ. Виконання роботи проводилося в наукових лабораторіях „фізики полімерів” кафедри фізики Рівненського державного гуманітарного університету згідно з планами науково-дослідних робіт кафедри і університету на замовлення Міністерства освіти і науки України в рамках держбюджетних тем, зокрема: ”Прогнозування та отримання нових композиційних гнучколанцюгових полімерів із напрямленим регулюванням властивостей під дією зовнішніх полів різної фізичної природи” (01.01.2000-01.02.2002), №реєстр.0100U004898; ”Розроблення принципів дисипативної самоорганізації та кібернетичної технології одержання полімерних композиційних матеріалів” (01.01.2003 - 01.02.2006), №реєстр.0103U000156; ”Системний підхід та інформаційні аспекти запису, збереження, перетворення та зчитування конфігураційної інформації полімерних систем” (01.2006 - 01.2010), №реєстр.0106U000490. Мета роботи: базуючись на молекулярно-кінетичних та феноменологічних підходах, одержати термоелектрети на основі гетерогенних полівінілхлоридних (ПВХ) систем, дослідити та аналітично описати комплекс їх властивостей.У першому розділі „Особливості впливу наповнювачів, пластифікаторів та зовнішніх електричних полів на структуру і властивості полімерів та композитів на їх основі” представлено аналіз літературних джерел стосовно впливу наповнювачів, пластифікаторів та зовнішніх ЕП на структуру і властивості полімерів та композитів на їх основі. У другому розділі „Обєкти та методи дослідження” наведено основні фізико-хімічні характеристики ПВХ, ДБФ, електропровідних (вольфрам, цинк, графіт) та діелектричних (тальк, корунд) наповнювачів. У третьому розділі „Фізико-математичне моделювання процесу утворення електричного поля в гетерогенних полімерних системах” розроблено, аналітично описано та проаналізовано модель зарядженої гетерогенної термоелектретної полімерної системи, що містить дисперсний електропровідний наповнювач. IMG_bd544e94-c709-4aaf-a7b9-2cbd52e36cfa в різних точках ПКМ при будь-якому співвідношенні між r та l (тобто в залежності від обємного вмісту електропровідного наповнювача), використано метод “електричних зображень” та припущено, що частинки наповнювача мають сферичну форму, і при відсутності сегрегації центри сфер утворюють просту кубічну решітку як єдиний можливий тип будови тіла при мінімальному обємі. Маючи вираз для p, знайшли співвідношення для визначення чисельного значення напруженості ЕП в різних точках всередині полімерної системи залежно від обємного вмісту металевого наповнювача.Вперше проведено комплексні дослідження впливу умов отримання та модифікації композиційних полімерних термоелектретів на їхній релаксаційний стан, процеси структуроутворення, теплофізичні та термостабільні властивості. Показано, що зовнішнє ЕП напруженістю 1,5·106 В·м-1 при температурі поляризації, що збігається з Тс, є оптимальним при формуванні композиційних ПВХ-термоелектретів, робочий діапазон яких лежить в межах 293 К Ј Т Ј Тс. Розроблено, аналітично описано та проаналізовано модель зарядженої гетерогенної термоелектретної полімерної системи, що містить дисперсний електропровідний наповнювач.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

1. Вперше проведено комплексні дослідження впливу умов отримання та модифікації композиційних полімерних термоелектретів на їхній релаксаційний стан, процеси структуроутворення, теплофізичні та термостабільні властивості. Показано, що зовнішнє ЕП напруженістю 1,5·106 В·м-1 при температурі поляризації, що збігається з Тс, є оптимальним при формуванні композиційних ПВХ-термоелектретів, робочий діапазон яких лежить в межах 293 К Ј Т Ј Тс. Досліджено, що оптимальна концентрація наповнювача в електреті на основі ПВХ становить 0,5 об. %, а мінімальний час формування ПВХ-електретів в такому зовнішньому ЕП - 5 хв.

2. Розроблено, аналітично описано та проаналізовано модель зарядженої гетерогенної термоелектретної полімерної системи, що містить дисперсний електропровідний наповнювач. Встановлено, що введення в полімер дисперсних електропровідних наповнювачів створює додаткові джерела ЕП при формуванні композита у зовнішньому ЕП в Т-р режимі.

3. Активність дисперсних наповнювачів ПВХ відповідно до впливу на характер спектру ТСД розподіляється в ряду: вольфрам, цинк, графіт, тальк, корунд при j=0,5% об. та ТЈТС. Серед наповнених електретів найбільш стабільним електретним ефектом володіють композиції з металевими наповнювачами.

4. Збільшення вмісту ДБФ в ПВХ-електретах підвищує початкові значення їх sеф., але спад зарядів при цьому пришвидшується; в композиціях з обємним вмістом ДБФ до 15 % електретний ефект достатньо стабільний.

5. Розглянута модель впливу дисперсного металевого наповнювача на величину напруженості ЕП в ПКМ та методи отримання термоелектретів на основі ПВХ, як типового представника лінійних полімерів, можуть бути застосовані для оцінки термодеполяризаційних ефектів в ПКМ та визначення їх електричної міцності.