УДК 541. 64: 539. 2

^1,2Магомедов М.Р., ¹Магомедов Г.М.

¹ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный педагогический университет», Россия

²ГАОУ ВПО «Дагестанский государственный институт народного хозяйства», Россия

Сравнительное исследование электропроводности эпоксидных нано- и макрокомпозитов

В работе приведены результаты сравнительного исследования электропроводности (σ) эпоксидианового полимера ЭД-20, нанокомпозита на основе ЭД-20 и наночастиц SiO₂ 5 масс.%, макрокомпозитов - эпоксистеклопластиков (ЭСП) на основе матрицы ЭД-20 и стекловолокон (СВ) в температурном интервале 293-450 К.

Влияние нанонаполнителя SiO₂ и макронаполнителя СВ на электропроводность композитов при комнатной температуре выражается в увеличении σ на 1-2 порядка. Причем макронаполнитель СВ дает больший прирост σ по сравнению с нано SiO₂. Это связано тем, что влагопоглощаемость ЭД-20 с нанонаполнителем меньше чем с макронаполнителем. При этом максимум с макронаполнителем растянут по сравнению с нанонаполнителем, это связано проникновением частиц воды вдоль границы раздела стеклянное волокно- полимерной матрицы, а также большей объемом поглощенной воды стеклопластиком по сравнению нанокомпозитом. При увеличении температуры проводимость всех образцов увеличивается, достигает максимума, а затем и минимума (рис. 1). Существенное возрастание электропроводности и полимера, и нанокомпозита, и макрокомпозита наблюдается в интервале температур от 298-313К.

Рис. 1. Температурная зависимость электропроводности полимера ЭД-20-1, нанокомпозита на основе SiO₂ (5%)-2, макрокомпозита на основе стекловолокон в продольном-3, поперечном-4, перпендикулярном-5 направлениях при прямом измерении с повышением температуры и 1', 2', 3', 4', 5ꞌ - при обратном ходе с понижением температуры.

Вблизи комнатных температур к механизмам объемной проводимости компонентов во всех образцах, возможно, добавляется поляризационный механизм проводимости адсорбированных молекул воды [1]. При дальнейшем увеличении температуры происходит десорбция молекул воды, поэтому проводимость после максимума уменьшается до проводимости, обусловленной основными носителями тока (ионами разного происхождения) компонентов. В высокоэластическом состоянии предположительно действует, в основном, ионная проводимость. При этом число собственных ионов ЭД-20 увеличивается за счет нагревания и за счет дополнительных носителей тока, поставляемых наночастицами SiO₂ и макрочастицами СВ. Об этом свидетельствует то, что электропроводность нанокомпозитов увеличивается с ростом концентрации SiO₂. Нанонаполнитель даже при малых концентрациях (5 масс.%) повышает электропроводность композита на два порядка по сравнению с макронаполнителем-стекловолокном, содержание которого в пластике составляет 60-70%.

Электропроводность эпоксидных стеклопластиков перпендикулярно плоскости препрегов во всем температурном интервале ниже по сравнению с другими направлениями, что можно связать со слоистым расположением СВ в макрокомпозитах.

Исследования зависимости динамических модулей упругости однонаправленных стеклопластиков от угла между направлениями армирования и деформирования показало [2], что вдоль волокон определяющую роль в формировании свойств композита играют СВ, в то время как перпендикулярно волокнам свойства композита преимущественно определяются полимерной матрицей, граничными слоями, а также адгезионным взаимодействием между компонентами.

На графиках обратного хода температурной зависимости электропроводимости максимумы отсутствуют. Наблюдаемые изломы на графиках _{можно связать с изменением механизмов ионной проводимости при переходе полимерной матрицы из высокоэластического в стеклообразное состояние.}

Сравнение графиков прямого и обратного ходов показывает существенную роль адсорбированных молекул воды на электрические и электроизоляционные свойства материала, а также на связь между чувствительными к влаге Si-O-C связами, которые могут разрушиться под действием воды. Для регулирования характеристик этого взаимодействия, а также электрических и физико-механических свойств полимерных нано- и макрокомпозитов используются различные аппретирующие составы.

Литература

1. Магомедов Г.М., Магомедов М.Р., Козлов Г.В. Фрактальная трактовка зависимости электропроводности нанокомпозитов на основе эпоксиполимера и диоксида кремния от температуры. Нанотехнологии. Наука и производство. -№5(14), - 2011. С. 77-82.

2. Магомедов Г.М. Автореферат диссертации доктора физ.-мат. наук. Москва. – 2005. - 47 с.