При этом наполнитель может оказывать влияние на свойства, характерные для полимерной матрицы (прочностные показатели, плотность), расширять интервал температур и снижать уровень механических потерь, улучшать электроизоляционные свойства и т. д. Известны наполнители [1], не влияющие на физико-механические характеристики полимерного материала, а использующиеся только для его удешевления. В ряде случаев, однако, полимерному материалу необходимо придать свойства, не заложенные в химической природе матрицы, такие как электро- и теплопроводность, фрикционность и антифрикционность и др. Представляло интерес рассмотреть возможность использования различных наполнителей для придания полимерным материалам электро- и теплопроводности. Электропроводность. Способность материала пропускать электрический ток количественно характеризуется удельной электропроводностью y = d j/d E, либо обратной ей величиной - удельным электрическим сопротивлением = 1/y = d E/d j, где E - напряженность постоянного электрического поля, j - плотность тока, проходящего через образец [2]. Обычно полимерные материалы характеризуются низкой электропроводностью. Однако на практике часто требуется уменьшить на несколько порядков удельное объемное электрическое сопротивление полимерного материала, сохранив при этом общие свойства полимерной матрицы. Обычно это достигается введением в матрицу наполнителя с низким удельным объемным электрическим сопротивлением. Поэтому металлические порошки наиболее пригодны для придания полимерным материалам электропроводности [4, 5]. Важно отметить, что изменение электропроводности с увеличением степени наполнения носит нелинейный характер. Каждая система характеризуется некоторой критической степенью наполнения, при которой электропроводность изменяется скачкообразно на несколько порядков [2]. Это обусловлено образованием цепочечных проводящих структур [6] или проводящих кластеров [7], играющих роль каналов проводимости в образце. Как правило, для порошкообразных металлических наполнителей с псевдосферической формой частиц критическая степень наполнения весьма высока. Так, для получения материала с удельным объемным электрическим сопротивлением 10-1 Ом см в полиметилметакрилат необходимо ввести 60 - 90% порошка никеля со средним размером частиц 10 мкм [8], а с удельным объемным электрическим сопротивлением 10-6 Ом см следует ввести 75% порошка серебра [1] и т. д. Очевидно, при высоких степенях наполнения значительно изменяются физико-механические свойства материала. Поверхностная химическая обработка металлических порошков, увеличивающая сродство наполнителя к полимерной матрице, позволяет уменьшить критическую степень наполнения. При этом происходит более равномерное распределение наполнителя в объеме образца, и бесконечный электропроводящий кластер образуется при более низких степенях наполнения. Так, при обработке порошка меди щелочью с последующей прививкой ангидрида дикарбоновой кислоты, удельное объемное электрическое сопротивление материала на основе ненасыщенного полиэфира уже при 10%- ном наполнении снижается до 106 Ом см, в то время как такое же наполнение необработанным медным порошком практически не оказывает влияния на этот показатель [9]. Для снижения критической степени наполнения используют наполнители с частицами удлиненной или плоской формы [10]. Известно применение в качестве электропроводящего наполнителя алюминиевых хлопьев [3], никелевых хлопьев [11], серебра с чешуйчатой формой частиц [5], а также волокон из стали, меди и других металлов. Значительная протяженность электропроводящих участков, обусловленная геометрией частиц, повышает вероятность создания надежного контакта и способствует образованию электропроводящего кластера при сравнительно небольших степенях наполнения. При этом наблюдается также увеличение коэффициента теплопроводности ( ) композита. Так, при введении 30% порошкообразного алюминия равен 0,41 Bт/м К, а при добавлении такого же количества алюминиевых хлопьев - 1,67 Вт/м К [3]. |
