Теплопроводность диэлектрических композитов на основе полимеров-нитридов и карбидов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

" Оч , •

тд$т наук азербавдющ

ШСТИ1УТ ФИЗИКИ им.академика Г.М.АБЩДАШ

На правах рукописи Экз.)?

алиев хгашег сахавщщ огхн

УДК 678.5:620.192.41:678.046

ттспроводюсп, дшшшвсш композитов на основе тожяров-нйтрщюв и КАРЩДСВ

(01.04.10 -Физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой^степени кандидата фязкко-математическкх

наук

Баку - 1995

Работ® выполнена в "Институте Физиаи АН Азербайджана-н Азербайджанском Техническом Университете.

доктор физико-математических неук, профессор ХУРЕАНОВ М.Я.

ианввд&т твтктестг. наук, доцент ОРУДМЕ^ А.О. Официальные оппонента:

доктор физико-математических наук, профессор МИЕВ С, А,

доктор физико-математических каук, профессор АЕВАСОВ

Ведшая организация » Сектор радиационных исследований ДН Азербайджана

■Зеиюта соз?оитея " д&С&сЛ'-сЛ 1995 р.

в- _тсов на заселении Специализированного Совета (Й4ХМ.04.01) по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук при Институте фиаикя Академии йаук, Азербайджанской Республики по адресу: р.Баку-143, проспект Г.Дяавида.ЗЗ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, следует направлять по адресу: 370143, Р.Бйку-143, проспект Р.Дяаввда.ЗЗ. Ученому секретеру Специализированного Совета,

' Автореферат разослан

. ■. *чеиг$: секретарь . ■ ■

Специализированного Совета, доктор физико-н.чт»« д :'к*ес«1Х

наук, профессор ^ ШТИЕВА С.

\

- 3 »

ОНДАЯ ХАРШЕРШШ РАБОТЫ

Актуальность темы. Применяемые в радиотехник® и электротехнике диэлектрики и прокладочные материалы должны характеризоваться большой эффективностью отвода тепла для поддержания теплового режима, высокими электроизокяцкоккькк свойствами я обеспечивать надежность системы в процесса эксплуатации. В качества конетрукци-онного диэлектрика к прокладочного материала радиотехнических конструкций кстюяъзувтся различные элеотротвхнические ыатерйнли; в частности, слюда и композиты на оснозз полимеров. Как правило, с целью повышения теплопроводности полимеров в них вводятся неорганические наполнители различной дисперсности /I/. Неорганические наполнители резко изменяпг надмолекулярную "труятуру пояиш-ра и за счет собственной т е пло про а э гко с? и увеягзшаю когффкгр-ент тепло про водности ¿композита в целом. Изменение щшазлекуякр-ной структура при диспергирований сопровождается изменена степени зтвдрядоченности полимера, вознютовенвгм различных га характеру дефектов, и следовательно» злгудлежгафнито-механическйх и электрических свойств композитов п цанги. Интенсивность развития вшеуказанныт провесов сгшгаж? да еюйетв и структуры полимерной матрицы и наполютадг," фюш^хгагочески* процессов на граняпзе раздета фаз, объедаете еедергания , и дисперсности частиц нагояиятетж, »еяюяогквдекиг резталое получения и предварительной обработай компонентов композита в различных электрофизических условиях. Поэтому выбор оптимальных сочетаний фаз в зависимости от характера поставленной задачи, в частности, для теплопроводной* композитов является достаточно сложной задачей и должен быть основа? на проведение многочисленных экспериментов. Получении теплопрэводяяптх материалов с заданными электрофтаичэехимк свойствам!? требует детального изучения явлений,каблвдаекых при пере-

носе тепловой энергии через границу раздела фаз композита, и теоретического обоснования целого ряда материаловедчеснкх характеристик.

Создать более эффективные теплопроводящие композита аозмокко, только изучив физические явления, характеризующие процесс формирования двух- к многокомпонентных т е пло про водящих композитов, ш теоретические положения переноса тепловой энергии в композитной системе полимер-наполнитель, в которой полимер является довольно тонкой прослойкой.

В данной работе рассматривается возможность создания новых тепло яро водящих: и эластичных электроизоляционных материалов с повтенной теплопроводностью, высоки:,ш диэлектрическими характеристиками и электрическими прочностными свойствами.

Широкие возможности уникальных сочетаний теплофизических, электрических, механических свойств и структуры полимеров и нитридов и карбидов металлов делают композиционную систему полимер-нитрвды и карбиды металлов целесообразными материалами для создания тепло проводят« диэлектриков различных назначений. При таком подходе важнейшее значение приобретает установление вклада структуры, теплофизических и электрофизических параметров отдельных индивидуальных фаз и явлений на границе раздела полимер-частицы нитридов и карбидов металлов в формировании теплопроводящих свойств композитов. Указанные завтимости, которые до настоящего времени пало изучены, представляют как теоретический, так и практический интерес. Неякчие их позволяет в итоге определить ме-увнюм теплопроводности ноупоредоченчой системы полшер-нитрвды Я тем тесла к в условиях действия олектри-

ШЛЯ®.

Целью работы является выявление особенностей теплопереноса и дисперсных композиционных системах полимер-нитриды и карбвды металлов и установление взаимосвязи мезду теплопроводностью и структурно чувствительны™ параметрами композитов.

В соответствии с общей целью реаались следующие основные задачи:

1. Исследовать взаимосвязь теплопроводности и электрофизический свойства теплопроводящих композитов полиояефини-нитриды и карбцды металлов.

2. Исследовать межфазные явления и их влияние на теплопроводность композитов.

3. Исследовать влияние темпзратурно-времен'тзго рекима получения композитов на теплопроводность ■мипозктоь.

4. Установить влияние полярности полимерной матрицы ла теплопроводность, электрические к механические свойства хомпозтгеов.

5. Определить влияние предварительной электроразрядовой обработки компонентов композитов на юс теплопроводность, электрическую я механическую прочности.

6. Выявить п.чаииоевязи между релаксационными процессами к теплопроводностью композитов.

7. Предложить возможную модель тепяопроводяцих композитов.

Научная новизна.

1. В композитах на основе термопластических полярных и неполярных полимеров и нитриды и карбиды металлов изучены процессы теплопереноса и определены взаимосвязи меяду структурно чувствительными параметрам и теплопроводностью композитов»

2. Ко-.тлексгем исследованием теплофизических, диэлектрических, терчочеханкчесяих и прочностных свойств (электрическое и

- б -

механическое) установлен вклад межфазных явлений в теплоперекосе через границы полимер-наполнитель.

3. Впервые показано, что теплопроводность я электронные свойства границы раздела фаз, прогнозируемые изменением величины потенциального барьера контакта полимер-наполнитель в композите, существенно зависят от элеятроотряцательности макромолекул полимерной матрицы» Изменение условий протекания процессов на границе раздела фаз с изменением электроотрицательности макромолекул, определяемой концентрацией появившихся в условиях действия электрического разряда кислородсодержащих групп в полимерных цепях, каходот свое отражение в величине потенциального барьера на границе полимер-частица наполнителя. Показано,что с увеличением интенсивности межфазных явлений уменьшается величина потенциально/

то барьера на границе раздела фаз.

4. Установлена взаимосвязь мемду релаксационным« и термическими свойствами компаз' -тав на основе полиолефинов и нитриды и карбиды металлов.

5. На основании анализа экспериментальных данных установлена достаточно строгая зависимость между механической прочностью, скоростью ультразвука и теплопроводности композитов.

Впервые установлена взаимосвязь между потенциальным барьером на границе раздела фаз и теплолроводност.-ю в композитах.

Основные положения.■ выносимые на защиту.

1. Обнаруженные взаимосвязи между структурно-чувствительными характеристиками к теплопроводностью, позволяй? проанализировать процессы теплопроводности в композитах на о носе термопластических полимеров карбидов и нитридов металлов.

2, Теплопроводность полимерных композиций, содержащих части-

цн нитриды, карбиды металлов, в значительной мерэ определяется межфазннми взаимодействиями.

3. Полярность и электроотрицательноеть макромолекул полимерной матрицы способствуют возникновении на границе раздела фаз полимер-наполнитель прочные координационных связей по типу до-норно-акцепторного взаимодействия и уменьшают теплоеопротавление

, полимерного переходного слоя между частицами наполнителя»

4. Увеличение, температуры релаксационных переводов, роста коэффициента термического расмирения, повышения значений физико-механических характеристик и теплопроводности композитов на основе полиэтилена, предворительно обработанного в условиях действия электрического разряда, обусловлена* усил тем физико-химических взаимодействий на границе радела пояим' р-наполнитель, ограничивающих подвижности кинетических единиц макромолекул в меж~ фазном слое.

5. Совпадение экспериментальных и теоретических концентрационных зависимостей теплопроводности композитов при низких содержаниях ( ср^ 30':? масс.) наполнителя и заметное отличие их при высоких содержаниях масс.) указывают на наличие протяжению межфазных слоев, прочно связанных с поверхностью наполнителя» структурой и физическими свойствами которых определяются тепло- . физические процессы на границе полимер-наполнитель.

Практическая ценность работы.

1. Разработаны действущке опытные образцы тепло про водящих диэлектриков с коэффициентом теплопроводности 1,9 Вт/м.к.

2. Установленные в работе закономерности о взаимосвязи состав-структура-техкология получения теплопроводность позволяют проводит!: на^шо о<5оетяаннкЯ екЗор «омгоиектов, дисперсности чае'яп? тетгягм и »••етаяяов и "ткстераттряо-арвмвидагв -раяяма

Кристаллизация композита.

• 3, Разработаны теплопроводядие композиционные материалы» превосходящие аналогичные материалы по электрической прочности, диэлектрическим свойствам и коэффициентом теплопроводности.

4, Разработка композитных теплопроводящих материалов позволит заменить во многих областях техники существующие дорогие тепяопро-ведящие элементы, полученные на основе высокотемпературной технологии из дефицитных материалов типа мусковит, на более экономичные ВЕ термопластических полимерных диэлектриков и карбидов, нитридов металлов.

Б. Предварительная обработка порошкообразной полимерной фазы 8 условиях действия электрического разряда повышает теплопроводность и механическую характеристику композитов на основе полиолефи-нов и нитридов или карбидов металлов.

Апробация работы. Результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на Республиканской научно-технической конференции "Модификация полиолефинов, их переработка, свойства и применение" (г.Баку,1990 г.), Публикации; Материалы диссертации опубликованы в двух препринтах, I статья в тематическом сборнике, I брошюре, информационном листе АзНИШТИ, 5 тезисах докладов и выступлениях на научных' конференциях,Республиканской научно-технической конференции "Теплофизические свойства веществ" (три доклада, г.Баку,1992г.), Республиканской научной конференции "Физика--. 93" (г.Баку,1993 г.).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, И списка цитируемой литературы. Диссертации содержит |зв страниц машинописного текста, 66 рисунков, 15 таблиц, список используемой дятерагурн из 119 наименований.

к »

Во введении обоснована актуальность теми, цель и задачу исследования, определена научная новизна, сформулированы основные защищаемые положения и практическая ценность работы.

В первой главе анализированы литературные результаты по тетагофизическим свойствам полимерных композиций, наполненных частиками неорганических материалов. Показано,что теплопроводность • этих композиций изучена в зависимости от содержания, природы капо лтугелл, вица полимера и температуры. Отмечается, что существуют скудные данные по тамгозицигвд с полупроводниковым и диэлектрическим наполнителем. Не достаточно рассмотрены вопросы взаимосвязи теплопроводности со структурой и электрофизическим характеристикам компонентов, межфазныш взаимодействиями и электроккк-ми свойства?«« границы раздела фаз.

Во второй главе описаны методики получения композиций с теплопроводятими наполнителями и исследования их теплопроводности. Обоснован выбор полимерных матриц и наполнителей. Для получения ряда теплопроводяцих полиолефшовых композиций разработана соответствующая методика. В частности, разработаны технология получения и техническое условие тепяопроводядих диэлектрических композиций на основе ПЭ, ПВХ и нитрвды-карбидн металлов. Приводится такие методика определения теплофизических, диэлектричес- • ких, физико-механических характеристик теплопроводящих диэлектрических композитов.

В третьей гласе проанализируется теплопроводность гетеро-яенных полимерных композиционных систем исходя из феноменологических теорий структурных подсистем. Предполагаем^ что теплопроводность обусловлена комплексом энергетических процессов^наблюдап-щихся при переносе энергии от одной фазы к другой со скоростью

.звука. Учитывая специфику поставленной задачи - создание физической основы получения теплопроводяцих композитов с сохранением високих электрофизических параметров - были по возможности широко изучены концентрационные зависимости теплопроводности композитов на основе различных по химической и физической структуры полимеров - нитриды и карбиды металлов. Принимая во внимание механизм электропроводности композитов и его сходство с механизмом теплопроводности проанализируются их концентрационные зависимости с целью выявления возможной взаимосвязи между ними. Как в случав теплопроводности полагаем, что электропроводность обусловлена комплексом энергетических процессов, наблюдающихся при переносе зарцца от одной частицы наполнителя к другой через диэлектрическую прослойку между ними. Найдено, что концентрационная зависимость теплопроводности композитов не подчиняется теоретическим соотношениям полученных для двухкомпонентных систем. Заметное расхождение мевду теоретическими и экспериментальны,™ значениями теплопроводности наблюдается при больших содержаниях неорганического ниполнителя, которые представляют интерес с точки зрения теплопроводящего материала. Такое расхождение, как покажем далее, обусловлено, по"-нашему мнению, изменением надмолекулярной структуры полимерной матрицы, образованием при поверхностных слоев на границе раздела фаз, учет котомк в теоретических уравнениях в настоящее время не представляется возмомшм. Т!озто-. му эффективным подходом для выявления механизма теплопроводности выбраны комплексные изучения тепло- и электрофизических характеристик.

Как уяа было отмечено, что протекание релаксационных процессов 8 композитах определяется не только развитостью поверхности

частиц наполнителя, ко и возможностью образования химических связей наполнитель-полимер. Наличие в полимерной молекуле полярных групп и гомогенов допускает появление донорно-акцепторных связей. Необходимо также существование не спареннкх электронов в молекуле наполнителя. В композитах на основе полколефинов полярные группы могут возникать в результате развития термодеструктивных и термоокислительных процессов при получении образцов. Образование химической связи на границе раздела фаз может иметь место за счет

свободных пар электронов полярных групп. Это могут быть» например,

,о

свободные пары электронов кислорода групп С=0„ .С-О-С, ОН, -С и др., образовавшихся в полиолефинах в результате развития термоокислительннх реакций при получении обрат;ов. Подобный механизм образования носит название гонорно-акце ¡торного механизма и донором, в условиях наших экспериментов, явл;готся полярная макромолекула, т.е. которая отдает свою электронную тру для образования связи. Молекула, которая представляет вакантную ор^'италь, принимает электронную пару, называется акцептором - в нашем случае молекулы ВК и А?М .

Таким образом, для композиционной системы на основе полиоле- ' финов нитридов и карбидов металлов возможно образование химической связи на границе раздела фаз и этот фактор будет определяющим при переносе тепловой энергии по частицам наполнителя через полимерную фазу композита. Однако трудно иметь конкретные данные о количестве химической связи на единицу поверхности раздела фаз. Очевидно, общее число связей на единицу поверхности должно быть зачетно меньше поверхностной плотности ионов частиц наполнителя, так как обменные силы, способствующие возникновения химической связи, проявляется при направленности и большем сближении.

Прэтому высокая кристалличность межфаэного слоя является главным. фактором для теплопроводности многофазных систем, поскольку эффект теплопроводности композита обусловлен не только высокой теплопроводностью частиц нитридов-карбидов металло:, но также и .структурными изменениями полимерной матрицы в целом. Все это показывает» что свойства границы раздела фаз являются сложной функцией химической природы компонентов, дисперсности и концентра. ции наполнителя. Как показали эксперименты заметное увеличение концентрации наполнителя, даже до критических значений, определяемых механической целостностью композита, не привело к ожидаемому лавинообразному возрастанию коэффициента теплопроводности. Это указывает на наличие протяженных слоев, хотя в масштабе несколько моноелоев, полимера между частицами наполнителя, прочно связанных с поверхностью наполнителя, и практически равномерное распределение частиц в объеме полимерной матрицы. Количественные соотношения мелдау теплопровод!;^стями полимера, композита и наполнителя показывает, что границы раздела фаз являются релаксационно способными. Общее число химической связи на единицу поверхности границы раздела фаз, которой может являться количественной мерой релаксационной способности'границы определяет, в основном, величину коэффициента теплопроводности композита, и следовательно термического сопротивления границы. Разумеется, что тепловая энергия через границы передается и ван-дер-вап,совой связей, характеризуемой высока.! тет'мичеоким сопротивлением. Естественно, . что оба эти механизме топлопероноса в композите реализуется одновременно, причем перевалирование одного механизма над другим, р основном, зависит, вт реакционной способности границы, содержа-' ... »гая И дисперсности наполнителя и полярности макромолекул полимерной ф&зы. Из анализа зависимостей стационарного тона от напря-

- 7.3 -

жен.гя и температуры для композитов на основе ПЭШ, диспергированными , АШ , "П. С. определены высота потенциального барьера

и она для указанных композитов равна: 0,б7;9,64; 0,68 эВ„ Видно,нто зависит от электронного сродства наполнителей (3,бГ; 2,7; 3,57 эВ) в меньшей степени, чем предсказывает модель Шоттки. Такое несоответствие меяду теорией Йоттки и наблюдав»®.«? значениям объясняется химическими процессам имеющими местс^ на границе раздела фаз „ Реагирующим границам раздела соответствует малая высота барьера, по видимому, стремится к значению, соответствующему (А , полученному согласно теорий Шоттки. Если принимать во внимание факт о том, что ■ чем меньше ф, 5 тем больше число химических связей на границе газдела фаз, ш сле-доавтеяьно, межфазное взаимодействие, то нюхаю определенно высказать о взаимосвязи ф& и X композита. Иизтоэ .сответствует низкому термическому сопротивлению границ и следователь«.', высокому значении теплопроводности композита.

Использование фактора позволяет объяснить взаимосвязь

меяду электро- и тепло про водно отями , так как А и растут с уменьшением . Такит.! образом, теплопроводность в композитах следует полагать, обусловлена.переносом тепловой энергии по • частицам наполнителя через полимерный граничный слой; количество" химической связи на единицу поверхности границы раздела фаз является количественной >;ерой реакционной способности границы да-лимер-наполнитель; реакционная способность поверхности контакта полимер-наполнитель определяет величину термического сопротивления границы раздела фаз, от которого, в конечном итоге, зависит теплопроводность композита.

В четвертой главе показано, что процессы на границе раздела

фаз определяют теплопроводность композитов на основе полиолефр-нов и нитридов, карбидов металлов, Было отмечено, что величина X определяется не только структурой полимерной матрицы и наполнителя 3 но и образованием химических связей на границе раздела фаз донорно-акцептсрного типа. Следует подчеркнуть, что структура полимерной прослойки непосредственно контактирующейся с поверхностью частиц наполнителя существенно зависит от межфазных взаимодействий. Именно межфазные явления будут, в конечном итоге, определять надмолекулярные структуры (НМС) полимерной прослойки между частицами наполнителя. НМС полимерной прослойки влияет на перенос тепловой энергии через границы раздела фаз, а химическая связь полимер-наполнитель уменьшает термическое сопротивление границы. Поэтому изучение межфазних явлений в композитах позволит выявить основные .факторы, влияющие на теплопроводящие и физико-механические свойства композитов.

Межфазные явления в композиционной системе полимер- неорганический наполнитель можно разделить в основном, на образование химической связи между фазами; адсорбцию и адгезию полимерных цепйй на поверхность частиц нитридов и карбидов .металлов, формирование физико-химической структуры переходных слоев на границе раздела фаз; поверхностное натяжение полимера и наполнителя. Нами для изучения межТлзнмх явлений в композитах использованы теплофизические, электрофизические, физико-посанические и структурные характеристики композитов.

Обратим внимание m мце немаловажный фактор, а именно на изменение состояния поверхности наполнителей при обработке электрическим разрядом разлишшх интенсивностой. Изменение состояния поверхности частиц наполнителя контролировалось по изменениям коэффициента X н потенциального барьера на границе раздела фаз.

Экспериментально установлено, что обработка частиц наполнителя и • %

полимера в условиях действия разряда приводят к увеличению коэффициента А . Действительно, активизация поверхности наполнителя электрическим разрядом и возникновение полярных групп в полимерной фазе в результате предварительной электроразрядовой обработки способствует химической реакции на границе раздела фаз и приводит в итоге к заметному увеличннию коэффициента Л компози- . тов, полученных на вснове обработанных компонентов (полимер и~ наполнитель). Здесь можно вьщелить три-механизма повышения коэффициента А .

Для сыделения роли процессов, связанных с изменением .физико-химической структуры границы раздела фаз, проведены модельные эксперименты. Это позволило определить вклад калдого из указанных видов взаимодействия на границе в увеличении Л композитов, полученных на основе предварительно обработанных разрядом полимерной матрицы и частиц наполнителей нитридов-карбддов металлов. Первый авязан с тем, что в обработанной частице наполнителя мг-ж-ду граничными с полимерной фазой областями ее поверхности и о Темным существуют следующие различия: в атомной структуре; в электронных свойствах; в химическом составе; в подвижности атомов. Указанные факторы изменяют условие протекания физико-химических процессов на границе раздела фаз. Активация поверхности частиц наполнителя разрядом уменьшав1? термическое сопротивление на границе раздела фаз из-за увеличения электроотрицательности поверхности, усиления мегкфазного взаимодействия и уменьшения подвижности кинетических единиц граничных слоев фаз. Электроотрицательность поверхности частиц может увеличиваться за счет одсорбций шступап!!их из зоны разряда атомов и молекул кислорода и кисло-

J

родеодержащих молекул газа, .заряженных отрицательно. Второй,-обусловлен тем, что предварительная обработка порошка полимера способствует развитию в полимерной ■частице окислительных процессов и при получении на его сонове композита возникает возможность образования химических связей на границе раздела фаз. Это также увеличивает X композита. Третий, обусловлен тем, что активация поверхности частиц полимера и наполнителя заметно увеличивает граничные физико-химические процессы и заметно увеличивает Л . На образование новой граничной фазы, в результате межфазного взаимодействия между активизиро ванжл разрядом компонентов, указывает закономерность изменения везотаиш потенциального барьера на границе раздела фаз Ц>£ и значения Я в зависимости от энергии \Ур обработки разряда. Установлен, что с ростом \Х"? значение С{1 уменызаетея, а А растет, т.е. наблюдается взаимосвязь между А к % в композите ПЭШ+ВЫ .

В пятой главе показано,что тегшофизические, электрические • и механические свойства композитов относятся к числу их важнейших характеристик. Поэтому определение закономерности изменения вышеуказанных свойств от полярности полимерной фазы будет способствовать изучения вкладов граничных процессов в формировании Свойств композитов, так как полярность существенно изменяет вероятность развития межфазных явлений и надмолекулярную структуру иеяфазного слоя. В данной главе сначала приводятся результаты исследовали вышеуказанных свойств композитов, полученных на основе полярного полимера ПВХ и неполярного - ПЭНП. Затем вариацией полярности ПЭНП путем обработки его в условии действия электрического разряда изучается влиянием полярности на теплопровод-ность.г физико-механические свойства композитов.

Если полимер содержит в макромолекулярной цепи полярные группы, то степень взаимодействия его с полярными молекулами пластификатора растет. Рассмотрим сначала изменения коэффициента теплопроводности Л поливинилхлорида ШВХ) при введении в него полярного платификатора, диоктилфталата. Экспериментально установлено, что Л от Ф растет быстрее, чем по линейному закону. Там же приведены влияния платификатора на Л для неполярного полимера - ПЭНП. Эксперименты показывают , что при относительно низких содержаниях (Фй30$ масс) платификатора изменение Л для обоих платифицированных полимеров практически одинаково. Однако, при дальнейшем увеличении содержания платификатора степень изменения значени й Л указанных полимеров отличается, а именно, рост Л ПВХ больше, чем рост Л ПЭНП. Однако, без платификатора Л полиэтилена больше, чем Л поливинилхлорида. Были исследованы также Л наполненных систем' (ПВХ+40$ масс В1Ч и ПЭНП+4053 ВЫ ) в зависимости от содержания платификатора. Сопоставление эпих экспериментов показывает, что закономерность игне-нения указанных композитов, совпадает. Однако степей 1

изменения теплопроводности композитов на основе полярных полимеров в зависимости от содержания платификатора больше, чем у Композитов на основе неподярного полиолефинов.

Для выявления роли полярности полимерной матрицы в теплопроводности композитов и определзния области их применения параллельно были изучены их диэлектрические и механические свойства. Учитывая, что структура мейфсзного слоя и межфазнцо взаимодействия в композитах определяют физико-механические свойства композитов в целом, мы сопоставляли степень изменения электрической прочности, разрушающего напряжения при рагтяиении и относительного удлинения при разрыио композитов на основе полярных и нош- .

лярных полимеров в зависимости от объемного содержания и типа наполнителя. Установлено, что с точки зрения интересующих нас параметров (Л и Е^) композиты на основе полярного полимера ПВХ являются более эффективными, т.е. заметно увеличивается теплопроводность с ростом концентрации наполнителя, а степень уменьшения Е^ ниже, чем в случае использования в качестве матрицы неполярного полимера - ПЗНП. Такое изменение параметров Л и Е^ как уже было показано можно объяснить, по-водимому, повышенным1 межфазным взаимодействием полимер-наполнитель, определеемым реакционной способностью границы раздела фаз. Для более детального выявления роли полярности полимерной фазы, влияющей на межфазные взаимодействия в композитах, были предварительно обработаны порошки полимера в условиях действия электрического разряда, а затем на его основе получены композиты с использованием наполнителей ВН и Считаем, что в условиях действия электрического разряда и полимере интенсивно может развиваться окислительно-деструктивные процессы, приводящие к возникновению в его макромолекуле полярные группы типа С=0; С^он' -С-О-С-.и др. Э*о, в свою очередь, должно привести к увеличению взаимодействия на границе раздела фаз, структуры межфазного слоя и следовательно изменению Л и Е^. Полученные экспериментальные данные показывают, что предварительная обработка порошкообразной полимерной матрицы в условиях действия электрических разрядов е воздупной среде при атмосферном давлении приводит к увеличению теплопроводности композита, полученного на ее основе..

Сшивание молекулярных цепей (образование пространственно": сетки), полимеров уменьшает подвижность осколков (радикалов) макрог^лекул, и следовательно, затрудняет, в некоторой мере,

развитие процесса рассеивания тепловой энергии, определяющего величину X композита в целом. Макромолекулы с полярными группами, иглеют склонность к образованию химических связей с поверхности частиц наполнителя и тем самым, как было уже отмечено,изменяют условия развития релаксационных процессов на границе раздела фаз. При этом возникают возможности образования химических связей с поверхностью наполнителя и усиления мекфазного взаимодействия.

На усиление межфазного взаимодействия в композитах на основе обработанного разрядом ПЭНП указывает и температурные зависимости X ДдЬ и деформации. Этот эффект проявляется в увеличении температуры роста , деформации и спада Л . Увеличение механической прочности (<5р ) от энергии разряда (\ЗСр ) композитов, полученных на основе предварительно обработанного порошка ПЭНП, указывает, что в атом слртае процессы,'приводящие к усилению межфазчого взаимодействия развивается более интенсивно,

Эффект увеличения X в результате предварительной обработки полимерной фазы проявляется при всех содержаниях наполнителя причем чем больше $, тем и выше отношение с\.А/с1.($ .

В Н В О Д Ы

1. Установлено, что теплопроводность полимерных композиций, содержащих частицы нитриды, карбиды металлов, в значительной мере определяется межфазиыми взаимодействиями.

2. Установлено, что полярность и электроотрицательность макромолекул полимерной матпицы увеличивают теплопроводность композита из-за возникновения на границе раздела фаз полкмвр-нагоя-нитель координационных связей по талу дсноркз-зкцепториого взаимодействия, уменьааюцих тергясопротнвлнаня полимерного г.ергтсоякэ-

го слоя между частицами.

3. Показано, что предварительная обработка полиэтилена в условиях действия электрического разряда приводит к увеличению температур роста коэффициента термического расширения и релаксационных переходов и повышению фнзико-мехакических свойств композитов, полученных на его "основе.

4. Показано,что концентрационная зависимость теплоярвводами ти композитов на основе термопласических полимеров я карбиды-,, нитриды металлов не подчиняется теоретическим соотношениям, полученных для двухкомпонентных систем, причем заметное расхоядение мевду теоретическими и экспериментальными значениями теплопроводности наблюдается при бодышх содержаниях наполнителя.

5. Показано,что заметное расхождение теоретических и экспериментальных значений теплопроводности в композитах обусловлено переходом полимерной фазы между частицами наполнителя на приво-верхностный слой.

Найдена взаимосвязь мелщу теплопроводностью композита и потенциальным барьером на границе раздела фаз. Показано,что уменьшение величины потенциального барьера на границе полимер-наполнитель приводит к росту значения теплопроводности композита.

7. Показано, что величина потенциального барьера характеризует состояния границы раздела -раз, причем низкое значение потенциального барьера соответствует низкому термическому сопротивлении грагп-цы, и следовательно, высокую теплопроводность композита.

8. Показано,что теплопроводность характеризуется следующими факторами: переносом тепловой энергии по частицам наполнителя чорез :'оликерный граничный слой; резаке—ионной способностью границу- раздела фаз, характеризуемой количеством химической сел-

зи на единицу поверхности границы; термическим сопротивлением

ч

раздала фаз»

Фс'йов'йФб 'i'öSejiscäHVre диссертации опубликовано в следующих работах:

1. А.С.Джафаров, Х.С.А5гйёв> :3-.Г.Топчева. Тепло проводящие эластичные полимерные диэлектрики. Тез.докл.Республиканская научно-техническая конференция "Кодификация полиолефинов, их переработка, свойства и применение"-. Баку, 1990 г.

2. Джафаров А.С.Дкперов H.A. .Алиев Х.С. и др. Тепло про водящие полимерные диэлектрики и их применение в народном хозяйстве Азербайджанской ССР. АэНШМ.Баку, 1990г., 32с.

3. Джафаров A.C..Алиев X.C.,AimepoB Н.А.,Топчева З.Г. Влияние производных металлов на теплопроводность полимерных материалов. АзНИИНТИ, Баку - 4 стр.,

Алиев Х.€. >1Ъпчева З.Г. Слоистое диэлектрики на базе наполненных композиций полиэтилена еысокой плотности. В кн. Когто-эи^иояные материалы на основе полиолефинов. Москва. ЩШ^чофт-хим, стр.47.

5. Алиев Х.С..Оруджев А 0.,Курбанов М А. Теплопроводность и физико-механические свойства теплопроводшдих композитов на основе полиолефинов, нитридов и карбидов. Тез.докл. Республиканская научио-тохничпеская конференция по теплофизичсским свойства!! веществ. Баку, 1992 г.

6. Алиев Х.С.,0руджес Л.0..Курганов 'i.A. О Взаимосвязи теплопроводности и электрофизические свойства теплопроводпщих композитов полнолефины нитриды и карбиды. Тез.докл.Республиканская научно-техническая конференция _ по теллофи.чичсским свойствам

веществ. Баку - 1992 г.

"f. Алиев X.C..Оруджев А.О.,Курбанов Ш.к. Теплофизические свойства диэлектрических композитов на основ© полиояефинов нитридов к карбидов. Тез.докл.Республиканская научно-техническая конференция по тегоюфйзичееким свойствам веществ. Баку-1992г.

8, Алиев Х.С.,Орудкев Ä.O.,Курбанов М.А. Физико-механические свойства композитов на основе ПВХ и ВЫ , AS.Kl, T\.üNq. Республиканская научная конференция Я&азика-9ЭИ. Тез.докл. Баку, БГУ,1933г.

9. й&медов А.К.»Иажиотинежий М.Г.,Чурбанов W.A.,Орудие©

ев О вйяйнйи полярности полимерной матрица на теплофкзетее-•кие. влектричеекив й механические свойства композитов-.- Ирепрпш?-. Бажу,19Э4, S5 е.

10„йамедэв А.И. .Вахтазгеикевий 88.Г. .Курбаяов Й.А. ,0руджеэ А.О., Алиев Х.С..Муеаеэа С.Н. Кевфазнкз явяения и их еляяяйя на тегшзпро-йэдкоета тошозитов.Нрзгфиет. Вежу, 1594, 35 е.

Л.Ордоив А.©..Алиев X.G.,Курганов М.А. Влияние кеяфазных явлений на тепяопроводкосгь композитов. Тематический сборник научных

. '¿рздав (аяеиротехняка, электрическая связь). Баку 1994, стр.142.

ЭЛШЕВ МКМЭТ СЭШЭДШ оглу » ПОЛИНЕРЛ ЭР -НИТРИД ЭР ВЗ КАРБИДОР 0САСШШ, ДШЕКГРИК

КОМПОЗШЭРИН ИСГШШКЕЧИРШШШ 01.0^.10. - ^рымкечиричилэр аэ дивлектриклэр физикасн.нхги-сасы тзрэ физика-ри^азиЗЗат елмлэри квмиззди алимлия дэрэ-чоси алмаг тчтн тэгдим едилмиа дчоозртаря^акыч ' _ АВТОРЕФЕРАТЫ

Диоовртаси^а ипи полиыер-метал нитридлэри » карбидлэри эоа-сында композит сисгемлэрдэ истиликкечирмэ просеслэрин хтоуои^м-лэринии 9]рэнилмэсинэ вэ композитлэрин истиликкечиричилиЗч ял?^ структур Ьэосас парамвтрлэри арасшда гаряылигла алагэнин ггдгир вдилмэсинэ Ьэср едилмиадир.

Композитлэрин иотилик, диелектрик, термомеханики вэ мвЬрм-лик ( елекгрик ва механики ) хаооэл эринин комплеко гвдгети илэ фз-залар арасы Ьадисэлэрин полммэр-диопергатор сэрЬэддиндэ ясгилик-квчирмэ,1э тэ'сири ьггоЗЗен олунмупдур. Илк дэфэ олараг хеояэриямив-дир ки,,композитлэрин истнл«ккэчиричилиЗи вэ сэрЬэддин влекгрок хассэпэри полимер иатрисанин макроыолекулларщ-шн■вяемрсиэнфилизин-дэн хе;]ли аонлыдыр. Полимер макромолекулларын полЗарли^ы вэ елек-тромэнфили;]и полимер-диспергагор сэрЬэддиндэ докор-акозптор гига и меЬкэм координаоион элагэнин ^апан'маоына сэбэб олур зэ диопергагор Ьиссочиклэри арасынДа кечид полимер тэбэгэнин иотилик мггавим ти-ни азалдыр.

Полиолефинлэр вэ метал нитридлэри, карбидлэри эсасында лын-мыл композитлэрин релаксаси]а. вэ терник хаосглэри араоанда га шн-лыглы.элагэ мгэ^эн едилмиадир. Тэкргби олараг композитлэрин механики меЬкомлиЗи, истиликкечиричили;)и вэ ултраоэсин стр'эти ара-сында аоылылыг муэ^эн олунмуадур.

Коотэрилмиадир т, полимер фазанын эввэлчэдэн елекгрик боаал-масыннн тэ'сиринэ мэ'руз гадмаоы композитлэрин истиликкечирлчили-вэ механика характеристика ¡ины артнрир. Композитлэрин ио?ияи»-кечиричили^и илэ |азалар арасы сэрЬэддэ Заранан потвнсиал чэпэр арасьнда гараылиглы элагэ итз^эк едилмиадир.

Електрик меЬкэмлиЗи, диелектрик хасоэлари вэ иогидиккачирмэ эмсалына керэ аналоги материал ларддн уступ олан истияик кечирвн композит иатериаллар иилэняб Ьазырлакмнздыр.

A1XKY KHrEMET SAEKAVBDDIE ogly •OHEBMAL CONDUCTION OF THB DIELECTRIC COMPOSITES BASED OE

if! i THB POMESES-NITBIEBS AHD CARBIDES i

* :

Thesis for Candidate's Degree of Science in Physics and Mathematics by Speciality

8HHU1H

ifhe thesis deals with the characteristic properties of heat transport processes in composite system polymer-metal nitxide® tnd earbides and the relationship between thsra&l conduction sad; s-fcxuc-tarsl-sensitive parameters of coapoaites«

She contribution of interphase phenomena in themal conduction through the polyneir-filles boundary is established by comprehensive Investigation o£ theraal, dielectric, tbersoaechaaical and strength ( alectrie and aachaaicaX ) properties of eosaposites. R ia first shown, that thersal conduction and electron properties oi the phas® boundary depend substntially on the electronegativity of 0olyaiar aatris uaaroaolecules. She polarity and electronegativity of polycer nacronolecules favour the advent of strong coordination bonds of donor-acceptor type on the polynsr-filler phase booad&ries and decrease theraal resistance of polyney transition . layer batwaea the filler particles'.

®he relationship between relaxation and theraal properties of eoapoaites based on the polyolefins end ast&i nitrides, carbides is established. She dependence between aechanical etyength, thermal conduction of eoaposites and ultrasonic spaed is established oa the basis of analysis of experimental data.

is aho»ns that the pretreataent of palyaer phase in conditions of ^uenefc deaeharge action rises thermal conduction and aechanical characteristic of conposites. She relationship between the potential barrier 03'the phase boundaries and thermal conduction in composites ie first established.

She heat eon&ictive composition naterials superior Binilar siaterials ia electric strength, dielectric properties and theraal eoaduetivity coefficient are wsEked out.