Способ изготовления анизотропного электропроводящего материала Советский патент 1991 года по МПК H01B5/16 

Изобретение относится к изготовлению электропроводящих полимерных материалов.

Цель изобретения - уменьшение энергозатрат путем создания материала с цепочкой по всей его толщине при отсутствии приложенного электрического поля.

На чертеже представлена схема способа изготовления анизотропного электропроводящего материала.

Способ реализуется следующим образом.

Жидкую композицию или компаунд 1, содержащий проводящие частицы, размещают между электродами 2 (верхним и нижним).

Электроды от пленки жидкой композиции или компаунда отделены изоляционной пленкой 3. Толщина изоляционной пленки из материала, через который при рабочих температурах не проходят проводящие частицы из композиции к электроду, подбирается минимальной, с целью уменьшения этим искажения конфигурации силовых линий напряженности электрического поля между электродами, но одновременно толщина изоляции должна быть достаточной, чтобы обеспечить невозникновение электрического пробоя при приложенной разности потенциалов между электродами. Повышая (понижая) напряженность электрического поля, необходимо увеличить) ,, (уменьшить) толщину указанной электроизоляционной пленки. Теоретически мини- мяльная толщина изоляционной пленки определяется из величины пробивной напряженности дачного материала.

Электроды 2 изолированы между собой и расположен.) согласно топографическому рисунку расположения ориентированных цепочек или агрегатов из частиц в пленке. Изоляцию между электродами А в целях создания условий высокой неоднородности электрического поля между рабочими концами электродов выбирают высотой hi, большей расстояния П2 между двумя указанными электроизоляционными пленками. Свободные концы электродов электрически соединяют спаиванием или, например, с помощью металлизации. Электроды можно изготовить из кусочков цилиндрического провода, закрепляя между собой эпоксидным клеем, пластиком или другим изоляционным материалом. Цепочкообразные агрегаты из частиц располагаются между концами электродов, После отверждения композиции или компаунда снимают разность потенциалов между электродами и электроды отделяют от полученного анизотропного материала в виде пленки.

П р и м е р 1. Получение анизотропного электропроводящего материала (эластоме- ра).

Для получения анизотропного электропроводящего эластомера используют компаунд Виксинт К-68, который состоит из пасты низкомолекулярного полидиметилси- локсанового каучука, пасты К и катализатора N-68.

0 В жидкую пасту при комнатной температуре вводят медные цилиндрические частицы диаметром 0,055 мм и длиной 0,5-0,7 мм, объемное содержание которых 0,5-2,5%. После перемешивания пасты

5 с частицами в нее вводят вулканизующий агент-катализатор и компаунд готов к размещению в электрическом поле.

На рабочие концы нижних электродов кладут с целью электроизоляции и одновре0 менного устранения прилипания пленку по- лизтилентерефталатную (лавсан) толщиной 8 мкм. На эту пленку сверху наносят жидкую пленку компаунда Виксинт К-68 с металлическими частицами толщиной 1 мм, на нее

5 кладут указанную пленку электроизоляции и над последней устанавливают верхние электроды, соблюдая строгую симметричность расположения верхних и нижних электродов относительно плоскости пленки

0 компаунда. В качестве электроизоляционной пленки можно применять указанной толщины политетрафторэтиленовую (фто- ропласт-4) пленку.

Электроды подключают к источнику пе5 ременного высоковольтного напряжения U с частотой 50 Гц/ создают между электродами на расстоянии hj напряженность электрического поля в центре зазора 3-4 кВ/мм, выдерживают элект0 роды под напряжением до отьердевания композиции пленки и аким образом получают эластомер с ориентированными поперек цепочкообразными агрегатами из проводящих частиц.

5 Частота применяемого электрического поля (включая значение нуль) выбирается исходя из величины времени релаксации зарядов в компаунде. Для применяемого компаунда Виксинт К время релаксации

0 заряда порядка несколько секунд. Максимально допустимая частота переменного i электрического поля огределяется исходя из величины времени реализации зарядов в проводящих частицах.

5 Повышение температуры приводит к уменьшению вязкости компаунда с одновременным ускорением процесса отвердевания. При постоянном электрическом напряжении увеличение вязкости компаунда приводит к увеличению длительности

времени ориентации, втягиванию в агрегаты, частиц, что можно обеспечить уменьшением дозы катализатора, определяющей скорость отвердевания. Меняя дозу катализатора при заданной рабочей температуре, например, от 1 до 8 мае.ч. на 100 мае.ч. компаунда, жизнеспособность компаунда меняют на несколько часов.

Электроды создают концами металлических проводов диаметром 0,7 мм, размещенных на расстоянии 1,25-2,5 мм друг от друга, и изолируют между собой эпоксидной отвердевшей смолой. В качестве изоляции между электродами также применялись полиметилметакрилат (оргстекло) и винипласт.

Электрическое сопротивление цепочко- образных агрегатов из цилиндрических частиц при внешнем механическом нажатии на контакт 50-100 Г составляет 0,1-0,8 Ом.

Потребляемая электрическая мощность при создании анизотропного эластомера 1,5 10 3Втна 1 см2 пленки.

Предложенным способом достигается достаточная однородность по концентрации частиц в образованных агрегатах вдоль всей пленки эластомера.

Результаты микроскопического исследования однородности полученных цепоч- кообразных агрегатов, размещенных с шагом 1,25 мм по сетке на площади эластомера 10 см , приведены в таблице.

При концентрации частиц С (по объему) в пленке эластомера после их агрегирования во внешнем электрическом поле в последующих 10 агрегатах получено следующее число частиц N,1

Некоторый разброс величины N для рассмотренных агрегатов из частиц соответствует неравномерному расположению частиц в жидкой пленке при смешивании.

Применяя магнитное поле для агрегации частиц в эластомере по известному способу, получают уменьшение концентрации частиц в образованных агрегатах из частиц в эластомере с увеличением расстояния образованных агрегатов от центра полюсов магнита.

П р и м е р 2. Получение анизотропного электропрооодящего материала с использованием белого обезвоженного твердого парафина в качестве отверждающейся композиции.

Проводящие частицы, электроизоляционную пленку и систему электродов берут аналогично примеру 1.

Образование цепочек из частиц в жидкой пленке парафина в электрическом поле происходит при температуре 60°С (выше температуоы полного плавления парафина).

После образования цепочек из частиц, дли

- шегося несколько секунд, установку схла

дают до 40°С, парафин переходит в твердо

состояние и таким образом получают ани

5 зотропный электропроводящий материал.

При толщине пленки парафина I мм прилагают разность потенциалов между электродами 3 кВ.

В случае парафина можно применять

) частоту переменного эпектрического поля

меньше 50 Гц, так как время релаксации

зарядов в парафине составляв несколько

десятков минут.

-Электрическое сопротивление цепочко- 5 образных агрегатов из цилиндрических частиц, размеры и концентрация которых указаны в примере 1, пои внешнем нажатии на площадь 0,5 х 0,5 мм у конца агрегатов с силой 50-100 г или 0,5-1,0 Н составляет 0 0,2-1,б Ом.

Внешняя нагрузка прилагалась через слой упругой резины, прижимающей к противоположным концам образованной цепочки частиц через слой парафина полоски 5 тонкой металлической фольги, обеспечивающие контакт между сопротивлением, измеряемым устройством, и цепочкой из частиц.

П р и м е р 3. Получение анизотропного 0 электропроводящего материала с использованием компаунда на основе эпоксидной смолы в качестве огверждающейся композиции.

Проводящие частицы, злектроизоляци- 5 онную пленку и систему электродов берут аналогично примеру 1.

Эпоксидную смолу ЭДП с замешанными металлическими частицами в концентрациях, указанных в примере 1, нагревают до 0 температуры 100°С, с целью уменьшения . вязкости добавляют отвердитель, размещают тонкой пленкой 1 мм между электроизолирующими пленками и соответственно между электродами установки. Электроды 5 подключают к разности потенциалов 2-4 кВ частоты 50 Гц. Разность потенциалов на электродах снимают после отверждения компаунда, и электроды удаляют от полученной анизотропной электропроводящей 0 пленки-пластины.

Электрическое сопротивление цепочек при нажатии, указанном в примере 1, составляет 0,3-1,2 Ом.

5Фор мула изобретения

Способ изготовления анизотропного электропроводящего материала, при котором проводят смешивание электроизоляционной композиции с проводящими частицами, размещают указанную компоэицмю между электродами, образуя цепочку из проводящих частиц путем приложения разности потенциалов между электродами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат путем создания материала с цепочкой по всей его толщине при отсутствии приложенного электрического поля, используют отверждающуюся композицию, дополнительно применяют по крайней мере два электрода, располагая их аналогично указанным, рядом расположен

ные электроды изолируют друг от друга, между электродами и композицией располагают электроизоляционные пленки толщиной, обеспечивающей непроникновение при приложенной разности потенциалов частиц к электродам, изоляцию между электродами выбирают высотой, большей расстояния между двумя указанными пленками, и после отверждения композиции пол- ученный материал извлекают из межэлектродного пространства.

Изобретение относится к изготовлению электропроводящих полимерных материалов. Цель изобретения - уменьшение энергозатрат путем создания материала с цепочкой по всей его толщине при отсутствии приложенного электрического поля. Отверждаемую композицию 1 располагают между двумя или более парами электродов 2. Рядом расположенные электроды 2 изолируют друг от друга изоляционным материалом 4. Между парами электродов 2 и композицией 1 располагают электроизоляционные пленки 3. Пленки 3 выбирают толщиной, обеспечивающей непроникновение при приложенной разности потенциалов частиц к электродам 2. Затем создают между парами электродов 2 разность потенциалов. После отверждения композиции 1 полученный материал извлекают из межэлектродного пространства. 1 ил.