Полимеры с углеродными наполнителями для мощных резисторов

Abstract

Широкое использование резисторов в электроэнергетике, электротехнике, мощной импульсной энергетике (Pulsed Power) делает актуальным отработку рецептуры и технологии производства резистивных материалов и изделий на их основе, которые отвечали бы высоким требованиям не только по эксплуатационным характеристикам, но и по минимизации материало- и энергоемкости, технологичности и, в итоге, по максимально возможному снижению стоимости. Цель работы: дальнейшее совершенствование развиваемого авторами метода подбора рецептуры резистивного полимерного композиционного материала, учитывающей, с одной стороны, воздействие различных эксплуатационных факторов, а с другой - не удорожающей исходные материалы и технологию производства из них готовых изделий. Используемые для этих целей на протяжении многих десятилетий высокоомные металлы и композиционные материалы на керамической основе изготавливаются из дорогих материалов по сложной технологии. Два-три десятилетия назад внимание ученых и технологов привлекли полимерные материалы с электропроводящими наполнителями. Опыт показал, что по совокупности свойств электротехнические изделия из таких материалов пригодны для применения как резисторы, антистатические, экранирующие и заземляющие устройства, обогреватели и др. Их широкомасштабное производство и применение сдерживаются сложностью подбора компонентов композиционного материала, обеспечивающего требуемые потребительские свойства. Методы исследования: текстурный и фрактальный анализ с использованием специально разработанных фрактальных пакетов; непосредственное измерение объемного сопротивления - важнейшего параметра для большинства изделий; электронная микроскопия; рентгеноструктурный и термический анализы; регрессионный и корреляционный анализы. Результаты. Предложено использовать текстурную картину изображения макроструктуры с последующим сопоставлением материалов с известными и неизвестными свойствами. Апробация предложенного метода на реальных композитных материалах показала достаточно высокую достоверность получаемых с его помощью результатов.

Wide use of resistors in electric power industry, electrical engineering, powerful-pulsed power engineering (Pulsed Power) makes the development of the recipe and technology for producing resistive materials and products based on them very relevant. These products would meet high requirements not only for performance characteristics, but also for minimizing material and energy consumption, processibility and, as a result, the maximum possible reduction in value. The main aim of the study is further improvement of the method developed by the authors for selecting resistive polymeric composite material. This method takes into account, on the one hand, the effect of various operating factors on the material, and, on the other hand, it does not increase the cost of raw materials and technique of manufacturing finished products from them. High-resistance metals and composite materials on a ceramic base, used for these purposes for many decades, are made from expensive materials using sophisticated technology. Some decades ago, the polymeric materials with electrically conductive fillers attracted the attention of scientists and technologists. Experience has shown that for a combination of properties, electrical products made of such materials are suitable for use as resistors, antistatic, shielding, and grounding devices, heaters, etc. Their large-scale production and use are restrained by the complexity of selecting components of the composite material that provides the required consumer properties. The methods: textural and fractal analysis using specially designed fractal packets; direct measurement of bulk resistance - the most important parameter for most products; electron microscopy; X-ray diffraction and thermal analyzes; regression and correlation analyzes. The results. The authors proposed the use of macrostructure textural pattern with subsequent comparison of materials with the known and unknown properties. Approbation of the proposed method on real composite materials showed rather high reliability of the results obtained with its help.