Технологии

Таблица 1. Наполнители для электропроводящих полимерных композиций.

Широкое применение для придания полимерным материалам электропроводности нашли также углеродосодержащие материалы - технический углерод, графит, стеклоуглерод и др. Несмотря на то, что электропроводность собственно углеродных материалов ниже, чем металлов, они обладают выраженной способностью к структурированию в цепные кластеры. Это обусловливает получение полимеров с электропроводностью на уровне металлонаполненных материалов при сравнительно небольших степенях наполнения.

Перспективным направлением создания электропроводящих полимерных материалов является формирование в полимерной матрице электропроводящего кластера на основе комплекса с переносом заряда [14].  

Теплопроводность. Под теплопроводностью понимают способность тел переносить тепло от более нагретых элементов к менее нагретым. Количественно теплопроводность характеризуется коэффициентом теплопроводности, являющимся коэффициентом пропорциональности в выражении, связывающим тепловой поток (q) с градиентом температуры [15]:

q = -   grad T.  

Обычно теплопроводность полимеров невысока. Величина   составляет 0,1 - 0,5 Вт/м К  и зависит от температуры, химического строения и физического состояния материала. Это обусловлено тем [15], что передача тепла в полимерах происходит по фононному механизму. Фононы в образце возникают при тепловых колебаниях частиц и рассеиваются при взаимодействии друг с другом или с дефектами структуры. Процессы возникновения, распространения и рассеивания фононов в полимерах осложняются кооперативным характером движений атомов и групп атомов в макромолекулах и в общем случае существенно дефектами структуры полимерных материалов. Низкая же теплопроводность может привести к сильным локальным перегревам в материале в экстремальных условиях эксплуатации и к разрушению образцов.  

При введении электропроводящих наполнителей возрастает   полимерного материала. В отличие от чистых полимеров в таких композициях наряду с фононным наблюдается и электронный механизм теплопроводности, характерный для проводников (табл. 1).  

Однако часто бывает необходимо повысить теплопроводность полимерного материала, сохранив его высокие электроизоляционные характеристики. В этом случае в качестве наполнителей выбирают диэлектрики с высоким коэффициентом теплопроводности - соединения типа оксидов, нитридов, карбидов металлов и т. д. Теплопроводность этих соединений обусловлена, как и в полимерах, фонон- фононным взаимодействием, однако ограничения, присущие полимерным материалам, в них отсутствуют.  

Исходя из фононного механизма теплопроводности очевидно, что наибольшую теплопроводность должны иметь соединения металлов, расположенных в верхней части Периодической системы элементов Д. И. Менделеева.