Поддержка по электронной почте
247886802@qq.comПозвоните в службу поддержки
+86-13258111863
Когда речь заходит о композиционных проводящих материалах, многие сразу представляют себе нечто вроде серебряных чернил или углеродных нанотрубок. Но на практике всё сложнее – например, та же электропроводность полимерных композитных систем сильно зависит от морфологии наполнителя и технологии диспергирования. Порой даже 2% разницы в содержании графита могут кардинально менять реологические свойства.
В наших экспериментах с термопластичными полиуретанами столкнулись с интересным эффектом: при введении углеродных волокон длиной менее 50 мкм электропроводность росла непропорционально концентрации. Оказалось, критическое значение – 12% по массе, после которого резко меняется структура перколяционной сети. Но на производстве такой переход создаёт проблемы с однородностью смешения.
Особенно сложно с тонкими плёнками – там агломераты наполнителя сразу видны невооружённым глазом. Помню, для одного заказа медицинских датчиков пришлось переделывать партию три раза из-за полосности проводимости. Решили только переходом на многостадийное диспергирование с контролем температуры на каждом этапе.
Сейчас многие производители пытаются экономить на оборудовании для смешения, но это ложная экономия. Например, у ООО Сычуань Тайхэн Композитные Материалы в промышленном парке Тяньфу установлены двухшнековые экструдеры с зонами вакуумной дегазации – без этого невозможно добиться стабильных свойств при содержании наполнителей выше 25%.
В автопроме постоянно требуются материалы для антистатической обработки топливных систем. Тут классический компромисс: с одной стороны нужна проводимость не менее 10^-6 См/см, с другой – сохранение ударной вязкости при -40°C. На основе ПА6 с углеродными нановолокнами удалось добиться приемлемых показателей, но стоимость всё ещё высока.
Интересный кейс был с кабельной промышленностью – замена медного экрана на композитный вариант. Технически возможно, но возникают сложности с соединением участков. Пришлось разрабатывать специальные контактные пасты на основе эпоксидных смол с серебряным покрытием.
На производственной площадке в Сычуани сейчас тестируют систему для непрерывного контроля электропроводности непосредственно в процессе экструзии. Если получится – серьёзно упростит сертификацию партий для аэрокосмической отрасли.
С измерением проводимости композитов вечная головная боль – контактное сопротивление часто искажает результаты. Для материалов с анизотропией вообще нужны специальные методики. Мы используем комбинацию четырехзондового метода и импедансной спектроскопии, но это требует квалификации оператора.
Особенно проблематично с гибкими материалами – при деформации проводимость может меняться нелинейно. Для эластомеров с углеродной сажей, например, гистерезисный эффект достигает 15-20% после 1000 циклов изгиба.
Лаборатория ООО Сычуань Тайхэн разработала интересную методику ускоренных испытаний на старение – подвергают образцы циклическим термоударам от -55°C до +125°C с одновременным мониторингом сопротивления. За 2 недели получаем данные, эквивалентные годовой эксплуатации.
Стоимость наполнителей – ключевой фактор. Углеродные нанотрубки теоретически дают лучшие свойства, но их цена неподъёмна для массового производства. Серебряные покрытия ещё дороже. Поэтому в промышленных масштабах пока доминируют технический графит и сажа.
Перспективное направление – гибридные системы. Например, комбинация чешуйчатого графита с короткими углеродными волокнами. При правильном подборе пропорций получается синергетический эффект: волокна создают основную проводящую сеть, а графит заполняет межволоконное пространство.
Производственные мощности компании в промышленном парке Тяньфу позволяют выпускать до 500 тонн композиционных материалов в месяц, но реальный спрос пока скромнее – около 200 тонн. Основные потребители – производители электротехнического оборудования и автомобильных компонентов.
С переработкой проводящих композитов возникают специфические проблемы. Например, материалы с металлическими наполнителями сложно отделить от обычных пластиков. При повторной переработке проводимость обычно падает на 30-50% из-за разрушения перколяционной сети.
Интересное наблюдение: некоторые композиты на основе полиолефинов с углеродными наполнителями показывают лучшую стабильность при старении, чем чистые полимеры. Вероятно, наполнитель играет роль УФ-стабилизатора.
В новых разработках ООО Сычуань Тайхэн Композитные Материалы акцент на биоразлагаемые матрицы – полимолочную кислоту с проводящими добавками. Пока проводимость недостаточная для серьезных применений, но для RFID-меток одноразового использования уже подходит.
Сейчас активно исследуются материалы с переменной проводимостью – например, меняющие свойства под действием температуры или механического напряжения. Но промышленного применения пока мало – слишком сложно обеспечить воспроизводимость.
Основное ограничение для широкого внедрения – не столько технические параметры, сколько нормативная база. Для каждой новой марки материала требуется длительная сертификация, особенно в медицинской и авиационной отраслях.
Команда инженеров в Сычуани экспериментирует с ориентацией наполнителей в магнитном поле – предварительные результаты обнадеживают, но технология слишком энергоёмкая для массового производства. Возможно, через 5-7 лет появится экономически viable решение.
