Вольт-амперные характеристики электропроводящих ПВА композиций

Глазырин Андрей Борисович – доцент кафедры Технической химии и материаловедения Башкирского государственного университета.

Басыров Азамат Айратович – аспирант кафедры Технической химии и материаловедения Башкирского государственного университета.

Николаев Алексей Валерьевич – магистр кафедры Технической химии и материаловедения Башкирского государственного университета.

Нагаев Рустам Рифович – студент кафедры Технической химии и материаловедения Башкирского государственного университета.

Николаева Аннета Александровна – студент кафедры Технической химии и материаловедения Башкирского государственного университета.

Аннотация: Изучено влияние наполнителей на вольт- амперные характеристики полимерных композиций на основе поливинилацетата. Установлена зависимость электрического сопротивления полимерных композиций от природы наполнителя, а также рассеиваемой мощности. Выявлена среда использования полученных образцов.

Ключевые слова: Вольт-амперная характеристика, поливинилацетат, порошок свинца марки ПС 1, Технический углерод Printex XE-2B.

Применение электропроводящих полимеров во многом определяется их вольт-амперными характеристиками (ВАХ) [1]. ВАХ характеризует электропроводность резистивного элемента при различных напряжениях, при этом в общем случае обязательным условием использования резисторов и проводников является линейность зависимости электроводности от напряжения. Тогда как для нагревательных элементов резистивных элементов требуется нелинейность ВАХ.

Целью данной статьи являлось изучение вольт-амперных характеристик полимерных композиций.

Для решения цели были выдвинуты следующие задачи:

• Установить электрическое сопротивление полимерных композиций и рассеиваемой мощности полученных образцов на основе ПВА.
• Зависимость ВАХ полимерных материалов от наполнителей и их возможные области применения.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исходные вещества и реактивы: поливинилацетат марки М 10, порошок свинца марки ПС 1, технический углерод марки Printex XE-2B.

Измерение удельной электропроводности полимерных композиционных материалов (ПКМ) проводили на цилиндрических образцах длиной около 2 см и диаметром 4 мм контактным способом. Эффективность контакта между измерительным электродом и измеряемым образцом обеспечивали с помощью токопроводящего клея "Контактол".

Расчет удельного электрического сопротивления проводили по формуле:

где: ρ – удельное сопротивление, Ом×мм2/см;

R – сопротивление образца, Ом;

r – радиус образца, мм;

l – длина образца, cм.

Логарифм удельной электропроводности определяли по формуле:

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В качестве материала для изучения вольт-амперных характеристик полимерных композиций использовали поливинилацетат наполненный свинцом с содержанием наполнителя 40-50 масс.% (табл. 1) и поливинилацетат наполненный и техническим углеродом марки Printex XE-2B с содержанием наполнителя 15-20 масс.% (табл. 2).

Таблица 1. Электрические свойства аналитических образцов на основе ПВА наполненных свинцом.

№	Содержание наполнителя, масс.%	R, Ом	Отклонение, %	Мощность, Вт
1	40	15,8	7	1,0
2	45	3,9	10	4,0
3	50	1,6	11	9,8

Таблица 2. Электрические свойства аналитических образцов на основе ПВА наполненных ТУ Printex XE-2B.

№	Содержание наполнителя, масс.%	R, Ом	Отклонение, %	Мощность, Вт
1	15	26,4	4	1,0
2	20	14,8	3	4,0

Установлено, что с повышением содержания свинца от 40 до 50 масс.% электрическое сопротивление полимерных композиций увеличивается от 1,6 до 15,8 Ом. Кроме того наблюдается так же рост рассеиваемой мощности полученных образцов от 1,0 до 9,8 Вт. При содержании ТУ Printex XE-2B от 15 до 20 масс.% электрическое сопротивление и рассеиваемая мощность возрастают.

Экспериментальные результаты свидетельствуют, что для полученных свинцово наполненных полимеров вольт-амперные характеристики обладают линейностью в интервале напряжения от 0 до 12 В (рис. 1). Причем «линейность» ВАХ характерна для композиций на основе ПВА наполненных свинцом во всех изученных интервалах концентраций наполнителя [2].

Рисунок 1. Вольт-амперные характеристики композиций наполненных свинцом на основе ПВА, содержание наполнителя, масс.%: 1 - 50; 2 - 45; 3 - 40.

В случае полимерных композиций на основе ПВА наполненных Printex XE-2B не наблюдается линейности ВАХ в интервале напряжений от 0 до 8 В. Это явление возможно связано с тем, что в полимерных композициях на основе ПВА свинцовый наполнитель одновременно является тепло рассеивающим элементом, что обеспечивает постоянное значение электрического сопротивления анализируемого образца при прохождении через него электрического заряда. Тогда как в случае полимерных композиций на основе ПВА содержащих технический углерод Printex XE-2В, наличие в составе композиции технического углерода не обеспечивает достаточного теплорассеивания анализируемого образца (рис. 2) [3].

Рисунок 2. Вольт-амперные характеристики композиций на основе ПВА наполненного ТУ Printex XE-2B, содержание наполнителя, масс.%: 1 - 20; 2 -15.

Таким образом, установлено, что ВАХ полимерных композиций на основе ПВА, во многом определяются природой наполнителя. Полимерные композиции на основе ПВА наполненные свинцом могут быть использованы в качестве проводников электрического тока в электрических схема. Тогда как полимерные композиции на основе ПВА наполненные ТУ Printex-XE-2B могут найти применение в качестве нагревательных элементов, низкоомных резисторов и термисторов.

Вывод:

1. С повышением содержания свинца от 40 до 50 масс.% электрическое сопротивление полимерных композиций на основе ПВА увеличивается от 1,6 до 15,8 Ом, также наблюдается рост рассеиваемой мощности полученных образцов от 1,0 до 9,8 Вт.

2. Полученные свинцово наполненные полимеры обладают линейностью ВАХ в интервале напряжения от 0 до 12 В, тем самым они могут быть использованы в качестве проводников электрического тока в электрических схемах. Полимерные композиции на основе ПВА наполненных Printex XE-2B не наблюдается линейности ВАХ в интервале напряжений от 0 до 8 В, они могут найти применение в качестве нагревательных элементов, низкоомных резисторов и термисторов.

Список литературы