Разработка электропроводного полимерного композита на основе линейного полиэтилена низкой плотности, модифицированного высокоструктурным техническим углеродом

Экспериментально исследованы разработанные полимерные композиты на основе линейного полиэтилена низкой плотности, модифицированного техническим углеродом марки OMCARB CH85. Комплексный анализ свойств композитов показал, что применение данного вида наполнителя обеспечивает перколяционный переход при 25 % массовых долей наполнителя, в результате которого удельное сопротивление уменьшается на восемь порядков. Для образцов с меньшей концентрацией характерны значения электросопротивления, соответствующие диэлектрикам. При достижении концентрации наполнителя, равной 20 % масс., наблюдается максимальная жесткость материала, а характер растяжения меняется с пластичного на хрупкий. Электронная микроскопия образцов указывает на сетчатую микроструктуру полимерной матрицы, в которую встраиваются частицы технического углерода и действуют как центры кристаллизации. В результате чего происходит усиление механических свойств и электропроводности композита.

1. Huang X., Sun B., Yu C. [et al.]. Highly conductive polymer nanocomposites for emerging high voltage power cable shields: experiment, simulation and applications // High Voltage. 2020. Vol. 5. P. 387–396. DOI: 10.1049/hve.2020.0101.

2. Chen X., Zheng Y., Han X. [et al.]. Low-dimensional Thermoelectric Materials. // Flexible Thermoelectric Polymers and Systems. 2022. P. 210. DOI: 10.1002/9781119550723.ch7.

3. Hoefer M., Bandaru P. R. Determination and enhancement of the capacitance contributions in carbon nanotube based electrode systems // Applied Physics Letters. Vol. 95 (18). DOI: 10.1063/1.3258353.

4. Golovakhin V., Litvinova V. I., Manakhov A. [et al.] Conductive polymer-multi-walled carbon nanotube composites for gas sensors and supercapacitors // Materials Today Communications. 2024. Vol. 39. 109163. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2024.109163.

5. Рагушина М. Д., Евсеева К. А., Калугина Е. В., Ушакова О. Б. Полимерные композиционные материалы с антистатическими и электропроводящими свойствами // Пластические массы. 2021. № 3–4. С. 6–9. DOI: 10.35164/0554-2901-2021-3-4-6-9. EDN: QFMBRB.

6. Цобкалло Е. С., Москалюк О. А., Степашкина А. С. Функциональные композиционные полимерные материалы электротехнического назначения // Известия СанктПетербургского государственного технологического института (Технического университета). 2020. № 52. С. 28–35. DOI: 10.36807/1998-9849-2020-52-78-28-35. EDN: ZRBXWB.

7. Наумова Л. Н., Ватаман В. Ю., Сущенко Н. А. [и др.] Разработка компонентного состава порошковой краски с антистатическими свойствами на основе полиэфирной смолы // Вестник Сыктывкарского университета. Серия 2. Биология. Геология. Химия. Экология. 2023. № 2 (26). С. 54–69. DOI: 10.34130/2306-6229-2023-2-54. EDN: EDLTQL.

8. Мякин С. В., Чекуряев А. Г., Голубева А. И. [и др.]. Электрические свойства полимерных композитов на основе титаната бария, модифицированного графеном // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2019. № 49 (75). С. 65–68. EDN: ILTQBG.

9. Badrul F., Abdul H., Mohd S. [et al.] Preliminary investigation on the correlation between mechanical properties and conductivity of low-density polyethylene/carbon black (LDPE/CB) conductive polymer composite (CPC) // Journal of Physics Conference Series. 2022. Vol. 2169 (1). 012020. DOI: 10.1088/1742-6596/2169/1/012020.

10. Azizi S., David E., Fréchette M. F. [et al.]. Electrical and thermal phenomena in low-density polyethylene/carbon black composites near the percolation threshold // Journal of Applied Polymer Science. 2019. Vol. 136. DOI: 10.1002/app.47043.

11. Ou X., Ye G., Jiang J. [et al.]. Improving electrical and mechanical properties of cement composites by combined addition of carbon black and carbon nanotubes and steel fibers // Construction and Building Materials. 2024. Vol. 438. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.136931.

12. Моисеевская Г. В., Раздьяконова Г. И., Петин А. А. [и др.] Инновационные направления расширения ассортимента технического углерода в России // Химия в интересах устойчивого развития. 2017. Т. 25, № 1. С. 49–56. DOI: 10.15372/KhUR20170107. EDN: XWRWIH.

13. Шадринов Н. В., Антоев К. П. Электропроводящая резина с эффектом положительного температурного коэффициента сопротивления из шинного регенерата // Перспективные материалы. 2021. № 3. С. 21–29. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-3-21-29. EDN: XBTTUT.

14. Моисеевская Г. В., Раздьяконова Г. И., Караваев М. Ю. [и др.] Исследование электропроводного технического углерода серии «OMCARB». Часть 1. Физико-химические свойства. Оценка качества диспергирования в натуральном каучуке // Каучук и резина. 2014. № 1. С. 40–42. EDN: SAXJBN.

15. Ухарцева И. Ю., Цветкова Е. А., Гольдаде В. А. Полимерные упаковочные материалы для пищевой промышленности: классификация, функции и требования (обзор) // Пластические массы. 2019. № 9–10. С. 56–64. DOI: 10.35164/0554-2901-2019-9-10-56-64. EDN: VWKDVH.

16. Brito S. da C., Pereira V. A. C., Prado A. C. F. [et al.] Antimicrobial potential of linear low-density polyethylene food packaging with Ag nanoparticles in different carriers (Silica and Hydroxyapatite) // Journal of Microbiological Methods. 2024. Vol. 217–218. DOI: 10.1016/j.mimet.2023.106873.

17. Pang H., Xu L., Yan D.-X. [et al.] Conductive polymer composites with segregated structures // Progress in Polymer Science. 2014. Vol. 39 (11). P. 1908–1933. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2014.07.007.

18. Машков Ю. К. [и др.] Композиционные материалы на основе политетрафторэтилена. Структурная модификация: моногр. Москва: Машиностроение. 2005. 240 с. ISBN 5-217- 03288-X.