Розробка технології електропровідних гібридних композиційних покриттів

Abstract

Мета дослідження – розроблення технології та складу електропровідних полімерних покриттів з регульованим рівнем електричного опору на основі вуглецевих складових для застосування при створенні гнучких нагрівальних елементів. Визначали питомий поверхневий та об’ємний електричний опори за методом Кельвіна, використовуючи чотириелектродну схему. Електричний опір покриття в значній мірі залежить від способу його нанесення та виду субстрату, що застосовується. Роликовий аплікатор забезпечує отримання монолітного багатошарового покриття з низьким значення питомого об’ємного електричного опору. Паперовий субстрат дозволяє сформувати бездефектне покриття завдяки швидкому поглинанню розчинника та попередженню розшарування системи через зростання її в’язкості. Проте плівковий субстрат є більш придатним у випадку створення нагрівальних елементів. Товщина покриття впливає на значення питомого об’ємного електричного опору і дозволяє керовано регулювати його електропровідність. Найнижчі значення електричного опору для створених покриттів отримані у випадку використання електропровідної сажі марки ХС 72 в кількості 10-20% мас. Введення інертних наповнювачів у склад композиції дозволяє знизити горючість покриття та покращити електропровідність за рахунок зменшення частки діелектричної полімерної матриці та покращення перколяції. Модифікація полімерної матриці реактопластичним компонентом – бакелітовою смолою забезпечує отримання термостабільного покриття, стійкого до дії розчинників. Встановлено залежність питомого електричного опору покриття від вмісту та виду сажі. Показано можливість регулювати електропровідність покриття шляхом введення інертного мінерального наповнювача в склад композиції. Встановлено вплив технології нанесення покриття на значення його електричного опору. Визначена залежність питомого електричного опору покриття від виду субстрату.

Цель исследования – разработка технологии и состава электропроводных полимерных покрытий с регулируемым уровнем электрического сопротивления на основе углеродистых составляющих для применения при создании гибких нагревательных элементов. Определяли удельный поверхностный и объемный электрический опоры по методу Кельвина, используя четырехэлектродную схему. Электрическое сопротивление покрытия в значительной степени зависит от способа его нанесения и применяемого вида субстрата. Роликовый аппликатор обеспечивает получение монолитного многослойного покрытия с низким значением удельного объемного электрического сопротивления. Бумажный субстрат позволяет сформировать бездефектное покрытие благодаря быстрому поглощению растворителя и предотвращению расслоения системы из-за роста ее вязкости. Однако пленочный субстрат более пригоден в случае создания нагревательных элементов. Толщина покрытия влияет на значение удельного объемного электрического сопротивления и позволяет управляемо регулировать его электропроводность. Самые низкие значения электрического сопротивления для созданных покрытий получены в случае использования электропроводной сажи марки ХС 72 в количестве 10-20% масс. Введение инертных наполнителей в состав композиции позволяет снизить горючесть покрытия и улучшить электропроводность за счет уменьшения частицы диэлектрической полимерной матрицы и улучшения перколяции. Модификация полимерной матрицы реактопластическим компонентом – бакелитовой смолой обеспечивает получение термостабильного покрытия, устойчивого к воздействию растворителей. Установлена зависимость удельного электрического сопротивления от содержимого и вида сажи. Показана возможность регулирования электропроводности покрытия путем введения инертного минерального наполнителя в состав композиции. Установлено влияние технологии нанесения покрытия на значение его электрического сопротивления. Определена зависимость удельного сопротивления электрического покрытия от вида субстрата.

Development of the technology and composition of electrically conductive polymer coatings with an adjustable electrical resistance level based on carbon based conductive components for their use in the creation of flexible heating elements. Specific surface and volume electrical resistances were determined by the Kelvin method using a four-electrode probe. The electrical resistance of the coating largely depends on the method of its application on substrate and the type of substrate used. The roller applicator provides a monolithic multi-layer coating with a low specific volume electrical resistance. The paper substrate allows to form a defect-free coating due to the rapid absorption of the solvent and the prevention of delamination of the system due to the increase in its viscosity. However, the film substrate is more technological in the case of creating film heating elements. The thickness of the coating affects the value of the specific volumetric electrical resistance and allows to control its electrical resistance. The lowest values of electrical resistance for the created coatings were obtained in the case of the use of electrically conductive carbon black grade XC 72 in the amount of 10-20% by mass. The introduction of inert fillers into the composition allows to reduce the flammability of the coating and improve electrical conductivity by reducing the proportion of the dielectric polymer matrix and increasing percolation. Modification of the polymer matrix with a thermoset component – bakelite resin ensures obtaining a thermostable coating resistant to the action of solvents. The dependence of the specific electrical resistance of the coating on the content and type of carbon black was established. It is shown that it is possible to regulate the electrical resistance of the coating by introducing an inert mineral filler into the composition. The impact of the coating technology on the value of its electrical resistance has been established. The dependence of the specific electrical resistance of the coating on the type of substrate is determined.