Содержание
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
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
Актуальность работы. Области применения электретовдиэлектриков, 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 микрои 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.
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.
