Электропроводящая композиция



Электропроводящая композиция
Электропроводящая композиция

 


Владельцы патента RU 2579115:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к электропроводящим полимерным композициям и может быть использовано в качестве электропроводного материала при изготовлении труб, прутков, пленок и т.д. Композиция содержит полиэтилен высокой плотности в виде порошка с размером частиц 0,5-1 мм, терморасширенный графит с насыпной плотностью 0,2-0,25 г/см3 и глицерин. Причем терморасширенный графит и глицерин содержатся в композиции в количестве 7-12 мас.% и 3-12 мас.%, соответственно. Композиция по изобретению обладает хорошей технологичностью, высокой электропроводностью и пониженным электросопротивлением вне зависимости от способа получения изделия. 2 табл.

 

Изобретение относится к электропроводящим полимерным композициям, а именно к полиэтиленовым композициям из порошковых материалов, и может быть использовано в качестве электропроводного материала при изготовлении труб, прутков, пленок и т.д.

Известен состав электропроводящей композиции, содержащий в вес. %: 73-86 полиэтилена низкой плотности, 5-10 полиизобутилена, 7-10 ацетиленовой сажи, 2-6 неионогенного или катионоактивного поверхностно-активного вещества, например, стеарокса-6, алкамона ГН, 0,1-1,0 стеарата кальция [авт. св. №248968 от 18.07.69 г.].

К недостаткам известной композиции относят то, что она имеет сложный состав. Полученный материал обладает высоким поверхностным и объемным сопротивлениями при комнатной температуре (pν=6,2·104-1,0·107 Ом/см и ps=5,4·104-6,3·106 Ом), что является достаточно высоким для получения изделий повышенной электропроводности или изделий, подвергающихся кручению, изгибу, растяжению. К тому же данные по электросопротивлению имеют большой разброс, что не позволяет получить изделия с заданной величиной электропроводности и соответственно электросопротивления.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по технической сущности является полимерная электропроводящая композиция, содержащая в мас. ч.: полиэтилен низкой плотности 100, акрилонитрильный каучук 10,0-20,0, углеродную сажу 20,0-50,0, графит 20,0-60,0, аэросил 10,0-20,0, суспензионный поливинилхлорид 2,0-6,0, стеарат кальция 1-2,5 [авт. св. №54295 от 30.08.83 г.]. Данная полимерная электропроводящая композиция принята в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - полиэтилен, графит.

К недостаткам известной полимерной электропроводящей композиции, принятой за прототип, относят то, что известная композиция имеет сложный многокомпонентный состав и при этом обладает высоким электросопротивлением - 105 Ом, несмотря на суммарно огромное количество наполнителя в виде сажи и графита - 70-80 масс. ч. к 100 масс. ч. полиэтилена, из них графита кристаллического 20-60 масс. ч.

Задача изобретения - упрощение состава электропроводящей композиции на основе полиэтилена, снижение электросопротивления.

Поставленная задача была решена за счет того, что известная электропроводящая композиция, включающая полиэтилен и графит, содержит полиэтилен высокой плотности, взятый в виде порошка с диаметром частиц 0,5-1 мм, в качестве графита содержит терморасширенный графит с насыпной плотностью 0,2-0,25 г/см3 и дополнительно содержит глицерин при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:

указанный терморасширенный графит 7-12
глицерин 3-12
указанный полиэтилен остальное

Отличительными признаками заявляемой композиции от композиции по прототипу являются: содержание полиэтилена высокой плотности, взятого в виде порошка с диаметром частиц 0,5-1 мм; содержание в качестве графита терморасширенного графита с насыпной плотностью 0,2-0,25 г/см3; содержание в ней глицерина; иное количественное соотношение используемых ингредиентов, мас. %: указанный терморасширенный графит - 7-12; глицерин (ч.д.а.) - 3-12; указанный полиэтилен - остальное.

Содержание полиэтилена высокой плотности, взятого в виде порошка с диаметром частиц 0,5-1 мм, позволяет обеспечить хорошую, быструю и более равномерную смешиваемость компонентов и ускорить плавление полиэтилена при воздействии более низкой температуры с образованием сетчатой структуры.

Выбор заявленного размера частиц обусловлен сложным характером распределения в композиции частиц полиэтилена более крупного размера, плохой смешиваемостью компонентов и увеличением времени оплавления полиэтилена и взаимодействия с графитом. Использование полиэтилена с размером частиц менее 0,5 мм нецелесообразно ввиду того, что ухудшается адгезионная связь между ТРГ и полиэтиленом из-за ускоренного оплавления частиц.

Содержание в композиции терморасширенного графита с насыпной плотностью 0,2-0,25 г/см3 позволяет значительно снизить его количество (7-12% вместо известного кристаллического графита по прототипу ~12-23%), что упрощает состав и технологический процесс изготовления изделий, а также обеспечивает тот же уровень электропроводности, но в статике, что чревато при динамических условиях эксплуатации, когда возможен разрыв связей между частицами электропроводящей составляющей композиции - ТРГ. Поэтому неожиданным оказался эффект повышения электропроводности при содержании глицерина (ч.д.а) в композиции, который был обнаружен в результате поиска компонента, усиливающего смачиваемость полиэтилена с графитом и, соответственно, усиливающего адгезию ТРГ к полиэтилену, так как полиэтилен инертен к внешнему воздействию агрессивных сред.

Выбор заявленного интервала насыпной плотности ТРГ обусловлен получением в этом интервале изделий с минимальным электросопротивлением и максимально высокой электропроводностью, т.к. большая насыпная плотность, как и меньшая резко повышает задаваемые значения по электросопротивлению и понижает по электропроводности.

Содержание в композиции глицерина обеспечивает хорошую смачиваемость графита, способствует значительно более технологичному процессу перемешивания компонентов. К тому же, в присутствии глицерина, поскольку ТРГ летуч и порист, решена проблема введения дисперсного порошка полиэтилена в поры графита, и равномерного распределения их в смеси между собой, что способствует получению изделий из заявляемой композиции по всему объему с одинаковыми или близко к таковым свойствами, с устойчивыми заданными свойствами.

Оказалось, что введение глицерина в количестве 3-12 мас. % является необходимым и для усиления электропроводности, т.к. без него показания по электросопротивлению и, следовательно, электропроводности изделия неустойчивы. Содержание его в композиции повышает электропроводность, снижает электросопротивление при любых способах получения изделия (прессованием, экструзией и т.д.).

Содержание глицерина повышает не только объемные электропроводящие свойства, но и поверхностные. Особенно важно это обстоятельство оказалось для получения из заявляемого состава изделий, поверхность которых без глицерина всегда была не электропроводящей, показывая электросопротивление на уровне значений полиэтилена.

Технический результат, причинно-следственную связь между совокупностью существенных признаков и вышеизложенным техническим результатом удалось установить после того, как был изменен способ замера электросопротивления изделия, получаемого экструзией. На поверхность изделия нанесли слой глицерина, когда он отсутствовал в составе композиции: электросопротивление значительно снизилось и, следовательно, повысилась электропроводность. При замере электросопротивления самого глицерина обнаружено, что он обладает электропроводностью. Таким образом, оказалось, что композицию с электропроводящим наполнителем - ТРГ, дополнили компонентом, также обладающим электропроводящими свойствами. Было установлено, что в присутствии глицерина композиция электропроводящая и в объеме. В ходе экспериментов авторами впервые установлено, что глицерин способен "организовать" мостик - электропроводящую связь между графитовыми частицами ТРГ, даже после их разобщения после изгиба, кручения, растяжения изделия и т.д., что ранее не было известно.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации аналогичных решений подтвердил это. Так, в авт. св. №747864 от 07.04.78 г. глицерин входит в состав реактива, который металлизирует поверхность полиолефина, но функция у него иная - он улучшает условия процесса металлизации за счет своей вязкости, маслянистости.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были изготовлены пять смесей ингредиентов, три из которых показали оптимальные результаты (табл. 1 и 2). В качестве полимера используют полиэтилен (ПНД) ГОСТ 16338-85 в виде порошка с диаметром частиц 0,5-1 мм, в качестве графита используют терморасширенный графит, полученный из натурального графита после окисления и термообработки при температуре 1500°С до получения элементов в виде "червячков", которые измельчены до насыпной плотности 0,20-0,25 г/см3. Дополнительно в качестве электропроводящей добавки вводят глицерин (ч.д.а.) ГОСТ 6259-75, не содержащий примесей. Смеси получают тщательным перемешиванием вначале ТРГ с глицерином, затем в полученную смесь добавляют порошкообразный полимер и перемешивают до получения однородного состояния в смесителе стержневого типа.

Полученную смесь помещают в печь и периодически перемешивают после достижения температуры печи до 175°С и последующего получения пластичной массы. Полученную пластичную массу прессуют под нагрузкой 250 кг/см2. Электросопротивление замеряют на поверхности торцов, на боковой поверхности и между торцами прутка размером: ⌀10 мм, длина - 100 мм.

Пруток получают путем экструдирования в лабораторном шнеке заявляемого состава пластичной массы. В таблице 1 показан заявляемый состав (составы 2-4), состав прототипа (состав 1), запредельные заявляемому составу соотношения компонентов (составы 5-6). В таблице 2 представлены сравнительные данные (p, Ом) электросопротивления заявляемой композиции в зависимости от соотношения компонентов, их концентрации.

Из данных таблицы 1 видно, что состав прототипа содержит 7 компонентов (состав 1), а заявляемый состав - 3 компонента (составы 2-4), что упрощает состав и технологический процесс получения композиции, а также изделий из нее.

Из данных таблицы 2 видно, что по сравнению с составом композиции (состав 1), получающим электропроводящий материал на уровне электросопротивления 105 Ом, заявляемый состав позволяет получить электропроводящий материал на уровне 25 Ом (состав 4), 1,25×102 Ом (состав 3) или 2,25×102 Ом (состав 2). Т.е. с увеличением глицерина и ТРГ в заявляемых пределах увеличивается электропроводность и, следовательно, значительно снижается электросопротивление. При содержании в композиции полиэтилена в количестве менее 76 мас. %, ТРГ в количестве более 12 мас. % и глицерина в количестве более 12 мас. % (состав 6) формование образцов невозможно вследствие малых адгезионных связей между полиэтиленом и ТРГ.

В то время как уменьшение содержания ТРГ и глицерина (состав 5) - за пределами заявляемых интервалов, значительно повышает электросопротивление композиции (до 104 Ом), приближая значения к 105 Ом - уровню электросопротивления прототипа.

Преимущество заявляемого состава состоит в том, что он малокомпонентен и позволяет:

- получить электропроводящую композицию с полиэтиленом и изделия из нее со значительно меньшим электросопротивлением (большой электропроводимостью) и при значительно меньшем содержании электропроводящего наполнителя;

- повысить технологичность получения электропроводящей полимерной композиции за счет использования глицерина;

- расширить функциональные возможности терморасширенного графита и глицерина, проявившего себя как устойчивая система, способная работать в изделиях при динамических условиях эксплуатации (при растяжении, кручении, изгибе и т.д.).

Электропроводящая композиция, включающая полиэтилен и графит, отличающаяся тем, что она содержит полиэтилен высокой плотности, взятый в виде порошка с диаметром частиц 0,5-1 мм, в качестве графита содержит терморасширенный графит с насыпной плотностью 0,2-0,25 г/см3 и дополнительно содержит глицерин при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

указанный терморасширенный графит 7-12
глицерин 3-12
указанный полиэтилен остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к новому полимеру бензодитиофена, способу его получения, к полимерной смеси и составу, используемым в качестве полупроводников в органических электронных устройствах, к применению полимера, а также к оптическому, электрооптическому или электронному компоненту или устройству.

Изобретение относится к области электрической техники, в частности безметаллическому электрическому проводнику и способам его получения, и может быть использовано в различных областях техники.

Настоящее изобретение относится к материалу, который содержит, по меньшей мере, эластичную и электропроводящую область, интегрированную непосредственно в материал, к способу для получения материала, а также к использованию кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом для получения материала согласно изобретению, и также относится к устройству, содержащему материал, а также к предмету одежды, содержащему такое устройство.
Изобретение относится к изготовлению электротехнических изделий из композиционного материала. Электротехническое изделие изготовлено из токопроводящего композиционного материала формованием методом холодного прессования, при этом токопроводящий композиционный материал содержит 40÷55 мас.% порошка естественного графита, 30÷15 мас.% связующего на основе новолачной смолы, 30 мас.% медного порошка и дополнительно поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов.

Настоящее изобретение относится к маточной смеси в твердой агломерированной форме для электродов литий-ионных батарей или суперконденсаторов, способу получения такой маточной смеси, концентрированной маточной смеси, способу изготовления электрода, электроду, полученному таким способом, способу изготовления активного композитного материала для электрода, активному композитному материалу для электрода, полученному таким способом, и применению маточной смеси.

Изобретение к электропроводным тонким пленкам с высокой термостойкостью. Электропроводные тонкопленочные металлические структуры с температурами длительной эксплуатации 300°C и выше представляют значительный практический интерес в ряде технических областей применения, например, таких как элементы на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Изобретение относится к электрическому проводу и электрическому проводу с контактным наконечником, способному уменьшить регулировку высоты обжатия. Предусмотрен электрический провод 1, включающий в себя проводящую часть 11, которая выполнена из дисперсно-упрочненного медного сплава с площадью поперечного сечения сечением 0,13 квадрата по стандарту ISO 6722 и подвергнута сжатию, причем проводящая часть 11 имеет степень удлинения 7% или более и предел прочности на растяжение 500 МПа или более.

Изобретение относится к поливинилсульфоновой кислоте, используемой в качестве легирующей высокомолекулярной добавки, к способу получения поливинилсульфоновой кислоты, к композиту, к вариантам дисперсии, к вариантам способа получения дисперсии, а также к вариантам электропроводного слоя.

Изобретение относится к области электротехники, а термореактивный полимерный «электроактивный» материал может найти широкое применение при создании преобразователей внешнего воздействия физических полей в электрический сигнал.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке электролитов для химических источников тока. Состав электролита включает по крайней мере одну соль электролита и растворитель, где в качестве соли электролита содержится литиевая соль додецилбензолсульфоновой кислоты в количестве 25-55% (мас.) и в качестве растворителя содержится вода 75-45% (мас.) либо натриевая соль додецилбензолсульфоновой кислоты в количестве 70-88% (мас.) и вода 30-12% (мас.).
Изобретение относится к композиции для изготовления формованием с раздувом изделий, представляющих собой бутылку, широкогорлый контейнер, канистру или бак. Композиция содержит полипропилен с индексом текучести расплава MFI (230°C, 2,16 кг) менее 2,0 г/10 мин, модуль упругости при изгибе от 1200 до 2400 МПа, плотность от 0,895 до 0,910 г/см3, полиэтилен высокой плотности и неорганический наполнитель.

Изобретение относится к высоконаполненным полиэтиленовым композициям, которые могут быть использованы для изготовления погонажных профильных изделий в строительстве, для получения конструкционных материалов кабельного заполнения и в других отраслях народного хозяйства.

Изобретение относится к термодинамически стабильной сшивающейся полиолефиновой композиции на основе полиэтилена высокого давления, которая может быть использована в кабельной технике для изготовления кабельной изоляции, полимерных водопроводных труб, а также в других отраслях народного хозяйства.

Изобретение относится к кабельной промышленности, а именно к способу получения электроизоляционной композиции, и предназначено для изоляции и оболочек кабелей и проводов, характеризующихся пониженным выделением дыма при горении.

Изобретение относится к производству биоразлагаемых композиций, предназначенных для создания пленок и различных тароупаковочных изделий, способных к биодеградации под воздействием природных факторов.

Изобретение относится к области полимерных композиций с органическими наполнителями и технологиям их получения и может быть использовано для производства изделий инженерно-технического назначения в строительной и мебельной промышленности, сельскохозяйственном и автомобильном машиностроении.

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано для изготовления элементов спортивных болидов и в машиностроении для изготовления изделий конструкционного назначения, требующих высоких демпфирующих свойств, работающих при высоких давлениях, устойчивых к ударным нагрузкам при низких температурах.

Изобретение относится к способу получения устойчивого к окислению перекрестно сшитого сверхвысокомолекулярного полиэтилена и применение в искусственных частях тела, включая медицинский протез, содержащий или изготовленный из одного или более чем одного такого полимера.

Изобретение относится к способу получения радиационно-защитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для изготовления конструкционных изделий радиационной защиты.

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к материалам для защиты от ионизирующего излучения, и предназначено для использования при изготовлении элементов радиационно-защитных экранов.

Изобретение относится к области строительства, в частности к различным типам облицовки в качестве панелей. Аспектами изобретения являются композиции шовных герметиков, стеновые конструкции, способы обработки стен и продукты, связанные с любым из вышеуказанных аспектов, включая армирующую накладку, например, для защиты углов в местах стыка плит, крепежа и ленты для заклейки швов.
Наверх