Раскрыт феномен саморегулирующихся полимерных нагревателей
Ученые РТУ МИРЭА раскрыли механизмы работы саморегулирующихся электропроводящих полимерных нагревателей, изготовленных из специальных полимерных композитов с углеродными наночастицами. Они установили, что способность этих нагревателей самостоятельно (без внешнего регулирования) резко снижать свою мощность, связана не только, как принято считать, с термическим расширением полимера при нагревании, а с началом обратимой деградации кристаллической структуры полимера.
Группа исследователей из РТУ МИРЭА сделала важный шаг вперед в понимании механизмов работы саморегулирующихся нагревателей, произведенных из кристаллизующихся полиолефиновых композиций с электропроводным техническим углеродом с нано размерными частицами. Было установлено, что способность этих материалов к саморегулированию, выражающаяся в появлении аномально высокого положительного термического коэффициента электрического сопротивления, не может быть объяснена исключительно обычным термическим расширением материала. Результаты опубликованы в журнале «Тонкие химические технологии».
Электропроводящие полимерные композиционные материалы с электропроводным техническим углеродом используются в различных областях. Например, они применяются в покрытиях, которые проводят электричество, в экранах для защиты от статического электричества, в устройствах для предотвращения перегрузки электросети, в датчиках для измерения температуры и давления, а также в нагревателях, которые сами регулируют температуру трубопроводов в холодное время года.
Ученые доказали, что в кристаллизующихся полиолефиновых композициях изменение термических коэффициентов электрического сопротивления (переход от положительного к отрицательному коэффициенту) связано с началом изменениями агрегатного состояния материала. Они предложили и обосновали механизм резкого увеличения электрического сопротивления этих композиций, который учитывает дополнительные деформации кристаллической фазы материала, вызванные множеством расширяющихся микрообъемов расплава, возникающих на начальных этапах плавления при незначительном изменении степени кристалличности.
Для проведения комплексного исследования структуры и свойств кристаллизующихся полиолефиновых композиций с электропроводящим техническим углеродом использовались различные методы исследования. Образцы, имитирующие полимерные нагреватели, были изготовлены путем прессования пластин с запрессованными контактными электродами из обезжиренной латунной сетки. Электрические характеристики этих образцов исследовались в специальной термокамере, а изменения степени кристалличности оценивались методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Дилатометрические и реологические свойства образцов изучались на специальном оборудовании.
Анатолий Марков, профессор кафедры химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов РТУ МИРЭА, подчеркнул, что результаты исследования помогают лучше понять процессы, происходящие внутри материалов при их нагревании, и открыть новые возможности для создания более эффективных и надежных саморегулирующихся нагревательных природоподобных устройств.
Работа выполнена в соответствии с программой инициативной научно-исследовательской работы 195-ИТХТ.
Telegram 
Дзен 
VK 
