Эластичные электропроводящие полимерные материалы на основе 1,2-СПБ

АННОТАЦИЯ

Изучены реологические и электропроводящие свойства композиций, полученных на основе синдиотактического 1,2-полибутадиена, наполненной техническим углеродом Printex-XE-2B и пластификатором диоктилфталатом. Изучена зависимость текучести полимерной композиции от процентного содержания наполнителей. Определены наиболее подходящие массовые доли наполнителей для переработки композиции при низких температурах.

ABSTRACT

Rheological electricity-conducting properties of compositions obtained on the basis of syndiotactic 1,2-polybutadiene, filled with carbon black  Printex-XE-2B and dioctylphthalate plasticizer are investigated. The dependence of the polymer composition fluctuation on the percentage of fillers content is studied. The most appropriate mass fractions of fillers to process the composition at low temperatures are determined.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Для получения электропроводящих полимерных композиций был использован термоэластопласт 1,2-СПБ. Выбор 1,2-СПБ в качестве матрицы обусловлен высокой эластичностью данного материала, а так же его хорошими технологическими свойствами.

При введении в состав матрицы 15% ТУ Printex-XE-2B наблюдается падение индекса расплава от 5,8 г/10 мин до 1,3 г/10 мин  (Т=170 ºC, P=49 Н), что не позволяет осуществлять его переработку методом  трехмерного прототипирования [1] (рис.1).

Рисунок 1. Зависимость ПТР 1,2- СПБ-композиции от процентного содержания ТУ Printex-XE-2B в полимерной матрице

С увеличением содержания технического углерода в 1,2-СПБ-композиции индекс расплава полимера уменьшается, причем при содержании ТУ в композиции выше 15 масс.% полимерные композиции на основе 1,2-СПБ практически теряют текучесть.

Чтобы побороть данную специфику, было предпринято введение в состав полимерной композиции пластификатора. В качестве пластификатора был выбран диоктилфталат (ДОФ). Выбор данного пластификатора обусловлен его широкой распространенностью и доступностью.

ДОФ был введен в состав композиции в количестве 0-50 масс.%. Введение в состав полимерной смеси - 1,2-СПБ/ТУ пластификатора  увеличивает текучесть полимерной композиции с содержанием ТУ 15% от 1,3 г/10 мин для непластифицированной композиции, до  5,8 г/10 мин для полимерной композиции с содержанием пластификатора 50% при температуре 170 ºС (рис. 2.), что обусловлено снижением энергии межмолекулярного взаимодействия.

Переработку 1,2-СПБ-композиции, наполненной техническим углеродом, марки Printex XE-2B, невозможно осуществить уже при содержании ТУ более 15 масс.% (рис. 3). Однако, при введении ДОФ в состав полимерной композиции текучесть расплава значительно увеличивается, что, соответственно, позволяет увеличить технологичность полимерной композиции на основе 1,2-СПБ и ТУ Printex XE-2B. При введении в состав 1,2-СПБ-композиции ДОФ от 10 до 50 масс.% показатель текучести расплава увеличивается от 1,3 до 5,8 г/10 мин. Данное изменение связано с тем, что ДОФ действует как пластификатор 1,2-СПБ, увеличивая подвижность макромолекул полимера и, следовательно, текучесть расплава 1,2-СПБ- композиции.

Рисунок 2. Зависимость ПТР от количества пластификатора ДОФ (Т=170 ºC, P=49 Н)

Рисунок 3. Зависимость ПТР 1,2 –СПБ от содержания 1 - ТУ Printex XE-2B и 2 - Диоктилфталат (170 ºС,:49 Н; ТУ Printex XE-2B 15масс.%)

Изменение показателя текучести полимерной композиции во многом определяется содержанием и природой модификатора. Показатель текучести расплава пластифицированного 1,2-СПБ/ТУ с содержанием ДОФ 50 % при увеличении температуры возрастает в большей степени по сравнению с непластифицированной композицией (рис. 4).

Исходя из экспериментально полученных значений ПТР, определены параметры вязкого течения для наполненных ТУ Printex XE-2B 1,2-СПБ -композиции –эффективная вязкость расплава полимера h_эф.

Зависимость h_эф от температуры для рассмотренных полимерных расплавов имеет линейный характер в интервале изученных температур. Величина кажущейся энергии активации вязкого течения Е_А, рассчитанная из экспериментальной зависимости (наг­руз­ка 49 Н), для 1,2-СПБ-композиции с содержанием ДОФ более 30 масс.% составляет 42-59 кДж/моль, что заметно ниже, чем для 1,2-СПБ- композиций с содержанием ДОФ менее 20 масс.% 75-88 кДж/моль.

Рисунок 4. Зависимость ПТР расплава полимера от температуры. (содержание ДОФ 1- 50 масс. %, 2- 40 масс. %, 3- 30 масс. %, 4- 20 масс. %, 5- 10 масс. %)

Следовательно, модификация 1,2-СПБ-композиций с содержанием ТУ Printex XE-2B 15 масс.% и ДОФ более 20 масс.%, наряду с уменьшением вязкости расплава, сопровождается снижением потенциального барьера вязкого течения. Более слабая зависимость вязкого течения расплавов 1,2-СПБ-композиций, с содержанием ДОФ от 30 масс.%, позволяет проводить процесс переработки полимерной композиции при более низких температурах, что обеспечивает ее большую стабильность и технологичность.

Таким образом, показано, что перерабатываемость полимерных материалов, содержащих в качестве наполнителя технический углерод, определяется природой полимерной матрицы. Показано, что введение в полимерную композицию ДОФ позволяет значительно увеличить показатель текучести расплава 1,2-СПБ полимера.

Выводы:

1.    Получены токопроводящие полимерные композиции на основе 1,2-СПБ, пластификатора ДОФ и ТУ марки Printex XE-2B.
2.    Установлено, что при содержании ТУ в композиции выше 15 масс.% полимерные композиции на основе 1,2-СПБ практически теряют текучесть, однако введение в состав композиции пластификатора ДОФ до 50 масс.% показатель текучести расплава увеличивается до 5,8 г/10 мин. Установлено, что наполнение композиции ДОФ от 30 масс.% снижает зависимость вязкости расплавов от температуры, и позволяет перерабатывать полимерные композиции при более низких температурах, что обеспечивает их большую стабильность и технологичность.