Обнаружен феномен саморегулирующихся полимерных нагревателей.

Исследовательская команда из РТУ МИРЭА сделала значительный шаг в изучении механизмов функционирования саморегулирующихся нагревателей, изготовленных из кристаллизующихся полиолефиновых композиций с электропроводным техническим углеродом, содержащим наноразмерные частицы. Установлено, что способность этих материалов к саморегулированию, проявляющаяся в аномально высоком положительном термическом коэффициенте электрического сопротивления, не может быть объяснена только обычным термическим расширением вещества. Результаты опубликованы в журнале «Тонкие химические технологии».

Электропроводящие полимерные композиции с электропроводным техническим углеродом находят применение в различных сферах. Например, они используются в покрытиях, способных проводить электричество, в экранах для защиты от статического электричества, в устройствах, предотвращающих перегрузку электросети, в датчиках для измерения температуры и давления, а также в нагревателях, которые самостоятельно регулируют температуру трубопроводов в холодное время года.

Ученые продемонстрировали, что в кристаллизующихся полиолефиновых композитах изменение термических коэффициентов электрического сопротивления (переход от положительного к отрицательному коэффициенту) связано с началом изменений агрегатного состояния материала. Они предложили и обосновали механизм резкого увеличения электрического сопротивления этих композиций, который учитывает дополнительные деформации кристаллической фазы материала, возникающие из-за множества расширяющихся микрообъемов расплава на начальных этапах плавления при незначительном изменении степени кристалличности.

Для всестороннего исследования структуры и свойств кристаллизующихся полиолефиновых композиций с электропроводящим техническим углеродом были использованы различные методы анализа. Образцы, имитирующие полимерные нагреватели, были созданы путем прессования пластин с вмонтированными контактными электродами из обезжиренной латунной сетки. Электрические характеристики этих образцов изучались в специальной термокамере, а изменения степени кристалличности оценивались методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Дилатометрические и реологические свойства образцов исследовались с использованием специализированного оборудования.

Анатолий Марков, профессор кафедры химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов РТУ МИРЭА, отметил, что результаты исследования способствуют лучшему пониманию процессов, происходящих в материалах при их нагревании, и открывают новые горизонты для разработки более эффективных и надежных саморегулирующихся нагревательных природоподобных устройств.

Работа была выполнена в рамках программы инициативной научно-исследовательской работы 195-ИТХТ.