Установка для измерения температурных характеристик проводящих полимеров Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 536.581.2

Р. А. Сафиуллин, Е. С. Нефедьев, М. К. Кадиров УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРОВОДЯЩИХ ПОЛИМЕРОВ

Ключевые слова: температурные характеристики, проводящие полимеры.

Разработана установка для измерения температурных характеристик проводящих полимеров. Получены зависимости удельного сопротивления углеродосодержащего

полисульфидного полимера от температуры при различном напряжении.

Keywords: temperature characteristics, conductive polymers.

The plant for the measurement of temperature characteristics of conductive polymers was developed. The temperature dependence of specific resistance of carboncontaining polysulfide polymer with different voltage was measured.

Углеродосодержащие композиционные материалы на основе полисульфидных олигомеров обладают сложной внутренней структурой. По электрофизическим свойствам саженаполненные композиционные материалы на основе полисульфидных олигомеров являются полупроводниками, их удельное сопротивление 1GG-1GGG Ом*м [1].

Комбинированное механическое, тепловое и электрическое взаимодействие между частицами наполнителя через их электрические контакты и полимер окружения определяет свойства таких материалов [2]. Полимерные композиции на основе тиоколовых герметиков представляют большой интерес в различных областях промышленности и науки, и могут быть применены в повседневной жизни, например, в качестве основы саморегулируемых греющих кабелей [3]. В связи с широким спектром возможных применений данного материала, возник интерес в изучении его термоэлектрических характеристик. Целью данной работы являлась разработка и создание установки для измерения температурных характеристик проводящих полимеров.

Установка для измерения температурной зависимости удельного сопротивления проводящих полимеров была построена на основе блока температурной стабилизации B-VT-1GGG фирмы Bruker, Германия. Схема данной установки приведена на рис.1. Установка так же включает в себя дополнительный измеритель температуры фирмы Cole-Parmer Instruments Company (США), универсальный цифровой мультиметр MY-68 фирмы Mastech и термостатируемую ячейку, в которую помещается образец.

Температура в ячейке с образцом поддерживается с помощью потока газообразного азота, поступающего по вакуумной трубке из сосуда Дьюара с жидким азотом (N2). Внутри вакуумной трубки находится нагревательный элемент, непосредственно регулирующий температуру газообразного азота. С помощью блока управления (B-VT-1GGG, рис.1) возможно осуществление регулировки потока азота (N2), установка температуры стабилизации в ячейке и напряжения на нагревательном элементе; так же возможно осуществления контроля разницы между установленным значением температуры и реальной температуры в ячейке. Обратная связь по температуре осуществляется за счет термопары подключенной к блоку управления. Для повышения точности измерения температуры образца в ячейку вводится дополнительная термопара подключенная к внешнему измерителю температуры. После установки и стабилизации необходимой температуры проводится снятие электрических характеристик образца. Напряжение на образце регулируется лабораторным автотрансформатором.

Один из результатов исследований проведенных на данной установке представлен на рис.2. Здесь представлена температурная зависимость удельного сопротивления полимерной композиции, изготовленной на основе тиоколового герметика с добавлением ускорителя

вулканизации - дифенилгуанидина, технического углерода и вулканизующей пасты на основе диоксида марганца.

Обратная связь

Термопара

Измеритель

температуры

“^Образец

Д /—' р

Рис. 1 - Схема установки для измерения температурных характеристик проводящих полимеров

400

:>

5 350

0

ш 300

| 250

ш

1 200

§ 150

0 100

1

ш 50

5 0

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30

___________________________________________Температура, Со_____________________________________

Рис. 2 - Зависимость удельного сопротивления углеродосодержащего тиоколового герметика от температуры при различных напряжениях

Из результатов данного исследования была обнаружена способность материала к саморегулированию выделяемой мощности. Полученные результаты достаточно хорошо согласуются с результатами, приведенными для других полимерных композиций в работе [4]. Принцип саморегулирования сопротивления заключается в следующем: когда окружающая среда холодная, материал композиции сжимается, создавая при этом множество токопроводящих дорожек из углеродного материала, снижая тем самым электрическое сопротивление; при прохождении электрического тока происходит выделение тепловой энергии (джоулевого тепла) - в более теплых участках материал композиции расширяется, сокращая при этом число токопроводящих дорожек - электрическое сопротивление материала повышается и, в результате, выделение тепла снижается [5]. Данная полимерная композиция так же проявляет свойства нано- и микроструктурирования, так, например, на поверхности

среза данного композита образуются участки атомарно гладкой поверхности после пропускания через него электрического тока в ходе снятия температурных характеритик[6].

Основные результаты, полученные в ходе данной работы, можно сформулировать следующим образом:

• Разработана и построена установка для измерения температурной зависимости удельного сопротивления проводящих полимеров

• Получена зависимость удельного сопротивления углеродосодержащего тиоколового герметика от температуры при различных напряжениях

Проведенные исследования позволят выработать подходы для контроля интересующих физико-механических свойств и создания композиций с улучшенными характеристиками.

Работа выполнена по Государственному контракту между Федеральным агентством по науке и инновациям и государственным образовательным учреждением Казанским государственным технологическим университетом на 2011 г. № 16.552.11.7012.

Литература

1. Bertozzi, E.R. Chemistry and Technology of Elastomeric Polysulfide Polymers / E.R. Bertozzi //Rubber Chem. And Techn.-1968.-V.41.-№1. P.114-160

2. Гуль, В.Е. Электропроводящие полимерные композиции / В.Е. Гуль, Л.З. Шенфиль - М.: Химия, 1984. - 278 с.

3. Идиятуллин, З.Ш. Электропроводящая полимерная композиция / З.Ш. Идиятуллин, Т.Ю. Миракова, Е.С. Нефедьев, Д.В. Выборнов // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: Сборник статей V международной научно-технической конференции. - Пенза: Приволжский дом знаний, 2009. - С.108-110

4. Сажин, Б.И. Электрические свойства полимеров / Б.И. Сажин -Л.:Химия, 1970. - 376 с.

5. Миракова, Т.Ю. Влияние состава полимерных композиций на основе полисульфидных олигомеров на их электропроводность / Т.Ю. Миракова, Е.С. Нефедьев, З.Ш. Идиятуллин, А.И. Даянова, И.Р. Низамиев, Ф.Г. Маннанова, Ю.С. Карасева // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, № 1. -С.109 - 113.

6. Шарафутдинова, З.Р. Углеродосожержащие полимерные композиции на основе тиоколовых герметиков / З.Р. Шарафутдинова, М.К. Кадиров, Е.С. Нефедьев, Р.А. Шарафутдинов, Р.А. Сафиуллин. // XVIII Всероссийская конференция "Структура и динамика молекулярных систем". - Казань. - 2011 г. - Сб. тезисов. - С. 159.

© Р. А. Сафиуллин - асс. каф. физики КНИТУ, [email protected]; Е. С. Нефедьев - д-р хим. наук, проф., зав. каф. физики КНИТУ; М. К. Кадиров - канд. физ.-мат. наук, доц. той же кафедры.