Ηλεκτρικές ιδιότητες σύνθετων πολυμερικών υλικών με αγώγιμα κοκκώδη πρόσθετα

Abstract

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η διηλεκτρική συμπεριφορά και η αγωγιμότητα σύνθετων πολυμερικών συστημάτων εποξειδικής μήτρας με κοκκώδη συστατικά Cu, Ni και Fe. Στα σύνθετα ρητίνης - μεταλλικών σκονών, η μέγιστη περιεκτικότητα σε κόκκους μετάλλου μεταβάλλεται, ανάλογα με τον τύπο του εγκλείσματος. Αναλυτικότερα κατασκευάστηκαν τα ακόλουθα δοκίμια: • Δοκίμια καθαρής ρητίνης • Δοκίμια καθαρής ρητίνης με χαλκό σε συγκεντρώσεις κ. β. : 10, 20, 30, 40, 50, 60, 64% • Δοκίμια καθαρής ρητίνης με σίδηρο σε συγκεντρώσεις κ.β. : 10, 20, 30, 40, 50, 60% • Δοκίμια καθαρής ρητίνης με νικέλιο σε συγκεντρώσεις κ.β. : 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70%. Η διηλεκτρική συμπεριφορά των συνθέτων συστημάτων μελετάται με παραμέτρους το ογκομετρικό κλάσμα των πληρωτικών μέσων, τη συχνότητα του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου και τη θερμοκρασία. Η πειραματική εξέταση των δοκιμίων, σε σχέση με τη διηλεκτρική τους συμπεριφορά, γίνεται σε φάσμα συχνοτήτων 20Ηζ έως 13ΜΗζ, ενώ το εύρος των θερμοκρασιών κυμαίνεται από 35°C έως 140°C. Οι μετρήσεις που διεξήχθησαν οδήγησαν στα ακόλουθα συμπεράσματα: • Στις χαμηλές συχνότητες παρατηρείται έντονο φαινόμενο διεπιφανειακής πόλωσης • Όταν όλες οι άλλες παράμετροι παραμένουν σταθερές και μόνο η συχνότητα μεταβάλλεται προκύπτει ότι αύξηση της συχνότητας οδηγεί σε μείωση της διηλεκτρικής διαπερατότητας, ενώ η παρατήρηση της συμπεριφοράς δοκιμίων του ίδιου εγκλείσματος σε διαφορετικές περιεκτικότητες έδειξε ότι σε αντίστοιχες τιμές συχνότητας, με την αύξηση συγκέντρωσης, παρουσιάζεται αύξηση των τιμών διηλεκτρικής διαπερατότητας. • Όταν όλες οι άλλες παράμετροι παραμένουν σταθερές και μόνο η θερμοκρασία μεταβάλλεται, άνω) του σημείου υαλώδους μεταπτώσεως (Tg) οδηγεί σε έντονη αύξηση της διηλεκτρικής διαπερατότητας ενώ η σύγκριση μεταξύ των τιμών διηλεκτρικής διαπερατότητας ίδιου είδους εγκλείσματος αλλά διαφορετικών συγκεντρώσεων φανέρωσε μικρή διαφοροποίηση καθώς μεταβαλλόταν η θερμοκρασία • Όταν όλες οι άλλες παράμετροι παραμένουν σταθερές και μόνο η συχνότητα μεταβάλλεται κατά την παρατήρηση της συμπεριφοράς δοκιμίων του ίδιου εγκλείσματος αλλά διαφορετικών περιεκτικοτήτων σε αντίστοιχες μεταβολές συχνότητας παρατηρείται ότι η αύξηση της συγκέντρωσης του μεταλλικού προσθέτου οδηγεί σε αύξηση των διηλεκτρικών απωλειών. • Όταν όλες οι άλλες παράμετροι παραμένουν σταθερές και μόνο η θερμοκρασία μεταβάλλεται, οδηγεί σε αύξηση των διηλεκτρικών απωλειών που γίνονται εντονότερες πέρα του σημείου υαλώδους μεταπτώσεως (Tg). Σημειώνεται ότι στις χαμηλές συχνότητες η καμπύλη των διηλεκτρικών απωλειών εμφανίζει κορυφή που μετακινείται προς μικρότερες συχνότητες και υψηλότερες τιμές απωλειών καθώς αυξάνει η συγκέντρωση κάθε εγκλείσματος. Κατόπιν, διερευνήθηκε η εξάρτηση από τη συχνότητα των υπολογιστικών εξισώσεων της διηλεκτρικής συμπεριφοράς σύνθετων συστημάτων διηλεκτρικής μήτρας - αγώγιμων πληρωτικών μέσων και ακολούθησε έλεγχος της συμβατότητας της θεωρητικά προβλεπόμενης συμπεριφοράς με την πειραματικά διαπιστούμενη. Τα αποτελέσματα της σύγκρισης κρίνονται πολύ ικανοποιητικά. Η αγώγιμη συμπεριφορά των συνθέτων συστημάτων μελετάται, επίσης, με παραμέτρους το ογκομετρικό κλάσμα των πληρωτικών μέσων, τη θερμοκρασία και τη συχνότητα του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου. Η πειραματική εξέταση των δοκιμίων γίνεται τόσο σε συνεχές, όσο και σε εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο φάσματος συχνοτήτων 20Ηζ έως 13ΜΗζ. Οι μετρήσεις αγωγιμότητας σε συνεχές ηλεκτρικό πεδίο πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος ενώ οι μετρήσεις αγωγιμότητας σε εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο πραγματοποιήθηκαν σε εύρος θερμοκρασιών που κυμαίνεται από 35°C έως 140°C. Οι μετρήσεις που διεξήχθησαν οδήγησαν στα ακόλουθα συμπεράσματα: • Όταν οι λοιπές παράμετροι παραμένουν σταθερές, η αύξηση της συγκέντρωσης οδηγεί σε αύξηση της αγωγιμότητας. Το φαινόμενο αυτό είναι ιδιαίτερα έντονο πέρα μιας κρίσιμης τιμής συγκέντρωσης • Καθώς η συχνότητα αυξάνεται, η αγωγιμότητα σε εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο παραμένει σχεδόν σταθερή μέχρι μια κρίσιμη τιμή συχνότητας. Πέρα της τιμής αυτής η αγωγιμότητα αυξάνει εκθετικά • Αύξηση της θερμοκρασίας επηρεάζει αυξητικά και τις τιμές της αγωγιμότητας σε εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο. Η συμπεριφορά αυτή είναι εντονότερη στην περιοχή χαμηλών συχνοτήτων • Η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε αύξηση της τιμής της κρίσιμης συχνότητας πέρα της οποίας αρχίζει η καθαρά αγώγιμη συμπεριφορά του σύνθετου, όταν η περιεκτικότητα παραμένει σταθερή.