[分享][讨论]填充橡胶变形过程中导电与温度的相关性

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导电聚合物制品在使用过程中同时承受几种物理因素影响的情况并非少见。但是由于这些作用缺少叠加性,所以,很难体现其规律,这种规律性的基础是导电材料在近似于实际使用过程中的导电机理。因此,在机械应力和温度同时作用的条件下,测定导电橡胶导电性能变化的特点是颇有意义的,而橡胶的导电性能又取决于上述两大因素。

# j( {" ]- m6 ?% @    对含ΑΤΓ 70(80份)或П803(120份)炭黑填料的СКТВ硅橡胶进行了研究。胶料用过氧化物(过氧化二异丙苯)硫化。试样为100×5×1ｍｍ规格的胶片。用真空喷涂法在胶片上设置50～60μｍ厚的锡薄膜作为导电电极。试验在立式圆筒形恒温箱内进行,试样通过悬挂重物沿恒温箱轴向拉伸。在静电器中用四探针法测定胶料的单位体积导电率(γｖ)。
- _1 O) e8 o9 i, N5 F: s/ I    试验表明,在室温条件下拉伸时填料的类型对橡胶的体积电阻率γｖ会有影响。在0～0.6ＭＰａ应力范围内,机械应力对含П803炭黑的橡胶的γｖ没有影响而对含ΑΤΓ 70炭黑的橡胶就有影响。根据导电体系的结构模型,胶料拉伸时橡胶导电性变化的原因在于导电系统的重组,而后者取决于橡胶变形过程中发生的电路破坏和恢复这两个竞争过程的概率的比例。因此,图1中的曲线实际上反映了这两种过程与应力的相互关系。含炭黑ΑΤΓ 70的橡胶的曲线呈现出极值性,看来,这可以解释为在拉伸的不同阶段,一种或另一种过程占优势。导电率达到最小值后又有所增大,这可能是因为拉伸时高分子定向导电体系的次序排列所致。含П803炭黑的橡胶在该应力范围内导电性为常数,这表明两种竞争过程达到了平衡。
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( y6 i5 j) Y' X0 k& ?" U: n: c　　该文作者对导电橡胶在不同拉伸程度下导电性与温度的关系进行了分析得到的结论是:无论填充剂的种类,还是规定负荷下的机械应力对胶料性能都有极大的影响。
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* n* S' @. [% q9 V    不论是填料颗粒间的相互作用的特点,还是填料和聚合物间相互作用的特点都可以解释所观测到的现象。

    含АТГ 70的橡胶的导电温度系数是正数,这不但取决于填料的电性能(较低的放电功),还取决于大分子基质导电体系的结构。在这种情况下材料的导电系数随热辐射的提高而提高,增大幅度超过导电率降低的幅度,这种降低起因于试样热膨胀时填充剂粒子之间平均距离的增加。同时,当此橡胶承受机械应力而被拉伸时,大分子部分被定向,它使与其很好相互作用的导电体系也加入了这个过程(聚合物 填料的相互作用大于填料 填料之间的相互作用)。因此,在这种能提高导电率的热辐射材料中两种过程在相互竞争,即因热膨胀导电颗粒间平均距离的增大过程和聚合物基质的拉伸过程。由于该材料中这两种过程占优势,所以温度与γｖ的关系随拉伸增大而减弱。
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    含П803的橡胶导电率的温度关系曲线随机械应力的增大发生明显的变化。起始导电率降低,随后,这种橡胶完全失去该材料固有的中继效应(当温度超过80℃时螺旋线团型大分子会多晶形转化,导电率跳跃式地降低几个数量级)。橡胶在0.2～0.5ＭＰａ负荷下拉伸时,其导电率与温度无关(见图2,б)。中继效应消失可以用上述相互作用来解释。与АТГ 70相比较,П803炭黑相间内部的作用以及与橡胶的作用都比较弱,因此含这种填料的橡胶高分子体系中的构象变化可以无障碍地进行;而填料间相互作用很强的橡胶中这种变化会受到限制,聚合物基体中热辐射多晶形变化,与炭黑П803的导电体系一起遭受跳跃式的破坏,从而导致导电率急剧降低。相反,当橡胶被拉伸时,高分子定向及因此产生的机械应力阻碍了多晶形变化,导致试验中出现的中继效应消失。通过试验阐明了含填料的硅橡胶在温度和机械应力同时作用下,其导电性的特点。确认了在上述条件下橡胶导电性的变化受高分子微结构中形态变化动力学的支配。研究结果对于制造聚合物电阻器、应变和热敏元件和其他电工产品时的度量衡工作是有益的。