Регулирование воспроизводимости параметров полимерных резисторов при повышенных температурах

Abstract

Актуальность работы обусловлена тем, что резистивные полимерные материалы активно применяются в различных электротехнических устройствах. Некоторые из них изготавливаются из наполненных техническим углеродом каучуков по хорошо освоенной промышленной технологии из доступного сырья. Дальнейшее увеличение масштабов их применения сдерживает сложность выбора компонентов для обеспечения требуемых электрофизических свойств. Разброс параметров, связанный с многокомпонентностью структуры, увеличивает стоимость и сырья для изготовления готовых изделий, и технологии. Цель: оценка возможности улучшения воспроизводимости свойств в серии электротехнических изделий для конкретных условий эксплуатации за счет рецептурных приемов. Проблема усугубляется многокомпонентностью структуры, которая затрудняет обеспечение стабильности и воспроизводимости электрофизических свойств. Для обеспечения возможности использования результатов в промышленных технологиях электротехнические изделия и образцы изготавливались из композиционных материалов, которые отличались концентрацией, маркой электропроводящего компонента, видом полимера. Методы: инструментальные измерения электрофизических характеристик резистивных полимерных композиционных материалов, дисперсионный, регрессионный и корреляционный анализы. Результаты. Определены закономерности изменения коэффициента вариации и величины температурного коэффициента сопротивления от концентрации электропроводящего наполнителя (технического углерода), вида каучука при нагреве постоянным и переменным током в диапазоне приложенного напряжения до 1000 В. Разработаны рекомендации по повышению однородности структуры полимерных композиционных материалов в условиях их эксплуатации при повышенных температурах. Их применение способствует сокращению используемых ресурсов (энергии, материалов, времени) благодаря повышению воспроизводимости величины объемного электрического сопротивления при нагреве в процессе эксплуатации электротехнических изделий.

The relevance of the work is caused by the fact that resistive polymer composite materials are actively used in various electrical devices. Diversified electrical devices are made of rubber filled with carbon black, having available feedstock and the possibility of industrial manufacturing technology. Their use is constrained by the complexity of the choice of components to provide the required electrophysical properties. The scatter of parameters associated with the multicomponent structure increases the cost of raw materials for the manufacture of finished products. The main aim of the research is to assess the possibility of improving the reproducibility of properties in a series of electrical products for a specific field of operation due to prescription techniques. The objects of the research are the instability (scatter) of the temperature coefficient of resistance, a change in the volume electric resistance when heated by direct or alternating electric current of various magnitude and duration. The studied composite materials differed in concentration, brand of the electrically conductive component, and the type of polymer. Research methods: measurements of the electrophysical characteristics of resistive polymer composite materials, dispersion, regression, and correlation analyzes. Results. The authors have determined the regularities of the behavior of the variation coefficient and the temperature coefficient of resistance with a change in the concentration of the conductive filler (soot) and the type of rubber when heated by direct and alternating current in the range of applied voltage up to 1000 V. The authors developed recommendations on how to increase the uniformity of the structure of polymer composite materials designed to operate at elevated temperatures. The implementation of these recommendations helps to save the required resources (materials, energy, and time) due to the increase in reproducibility of the volume electrical resistivity when heating electrical products during operation.