Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
PMK-2 Кандырин.Принципы создания полимерных материалов с заданными свойствами.doc
Скачиваний:
295
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
1.61 Mб
Скачать

4. Полимерные антистатики.

Отрицательной стороной явления пьезоэффекта является накопление заряда т.н. статического электричества на поверхности диэлектриков при их механической деформации, контактной электризации, при трении и т.п. Это создает значительные проблемы при транспортировке и хранении в оборудовании из пластмасс горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, взрывчатых веществ, при получении им использовании полимерных пленок, при ношении одежды из тканей на основе синетических материалов. По способности полимеров накапливать заряд при трении (по величине т.н. потенциала Ферми) их можно расположить в ряд: ПА<ПС<ПЭТФ<ПК<Пим<ПВХ, причем полиамиды (найлон 6) накапливают при трении положительный заряд, а все остальные полимеры – отрицательный. Установлено, что виниловые полимеры, в частности, производные стирола с электронодонорными свойствами (полидиметиламиностирол, полиаминостирол, поливинилпиридин) заряжаются при трении положительно, а полимеры с электроотрицательными свойствами (поли--метилстирол, поли-п-метилстирол, поли-п-хлорстирол, поли-п-нитростирол) – заряжаются отрицательно. Для того, чтобы удирать электрические заряды, появляющиеся при электризации, необходимо повышать электропроводность полимеров. Это достигается за счет применения т.н. антистатиков. Эффективность действия антистатиков оценивают по уменьшению v и s, электрического потенциала трения, и скорости утечки электрических зарядов, которую оценивают по времени среднеквадратичного полупериода утечки положительных и отрицательных зарядов - у. Для обеспечения отличных антистатических свойств полимерный материал должен иметь значение у < 0,5 с (s>1010 ом). Хорошим антистатиком является материал с 0,5 с < у < 2 с (s>1012 ом), умеренно хорошим – при 2 c < у < 10 с (s>1014 ом). Отсутствует антистатический эффект при у > 100 с (s=1016 ом). Не электризуются полимеры при значении s<104 ом). Антистатические свойства придают полимерам путем нанесения на их поверхность (или введении в состав) ПАВ или электропроводящих добавок, а также введением электропроводных наполнителей, создающих в матрице токопроводящие структуры. Более подробно особенности получения подобных материалов будут рассмотрены в следующих разделах.

5. Полимерные полупроводники.

Существенно более высокой проводимостью, чем диэлектрики (но меньшей, чем проводники) обладают полупроводниковые материалы, отличительной особенностью которых является повышение электропроводности при нагревании или освещении. Для полимерных полупроводников, в отличие от полимерных диэлектриков, характерна электронная или дырочная проводимость. Известные полимерные материалы с комплексом свойств, близким к полупроводникам, можно разделить на две группы: 1) соединения с системой сопряженных двойных или тройных связей, и 2) молекулярные комплексы с переносом заряда на полимерной основе. К полупроводникам первого типа относятся полимеры, молекулы которых состоят из длинных цепей сопряженных двойных связей с -электронами. С ростом длины цепи сопряжения возрастает электропроводность органических полупроводников. Молекулярные переходы электронов (или дырок) могут осуществляться путем преодоления активационных барьеров между молекулами. С ростом частоты электрического поля доля таких переходов возрастает и электропроводность материала растет. Увеличение температуры вызывает рост концентрации и подвижности носителей тока.

К полупроводниковым полимерам с системой сопряженных связей относятся, например, полиаценхиноны, полидифенилацетилен, термообработанный ПАН, некоторые типы углеволокон. Проводимость такого типа лежит в пределах 1014 – 10-3 См/м. Фоточувствительность полимерных полупроводников сама по себе достаточно высока, но может значительно увеличиваться при введении в них сенсибилизаторов и красителей. Ориентация полимерных полупроводников с сопряженными связями приводит к повышению их электропроводности в направлении вытяжки. Этим путем можно создавать материалы с анизотропией оптических, электрических и фотоэлектрических свойств. В ряде случаев полупроводниковыми свойствами обладают композиты, полимерная матрица которых наполнена наполнителями с полупроводниковыми свойствами.

Молекулярные комплексы с переносом заряда (или донорно-акцепторные) возникают при взаимодействии доноров и акцепторов электронов. Образование комплексов сопровождается частичным или полным переносом электрона с орбитали донора на орбиталь акцептора. Подобные комплексы известны для ПС (с перхлоратом серебра), поливинилнафталина, поливинилпиридина (с парами брома или иода), шиффовых полиоснований. Количество молекул акцептора на звено полимера-донора колеблется от 0,3 до 5. Некоторые из полимерных комплексов этого типа обладают высокой фото-чувствительностью.

Применение полимерных полупроводников возможно при создании выпрямителей, тензо- и фотоэлектрических датчиков, термо- и фоторезисторов, чувствительных элементов для электронографии. Возможно перспективным путем является применение полимерных полупроводников в качестве активных и пассивных сред для лазеров.

6. Электропроводные полимерные материалы. Широкое применение в различных областях промышленности находят электропроводные полимерные материалы и композиции, которые получают путем введе­ния в полимерный диэлектрик больших количеств высокоэлектропро­водных веществ (порошков металлов, технического углерода, графита, угле- и металловолокон). Таким путем удается повысить электропроводность композиций до 106 См/м, т. е. практически до­стичь проводимости металлов.