Влияние сверхэлектропроводного технического углерода на структуру и свойства композиционных материалов на основе полиэтилена высокой плотности

Исследовано влияние сверхэлектропроводного технического углерода СН1000 на структуру и свойства полимерных композиционных материалов на основе полиэтилена высокой плотности HD 03490 PE. Выявлено два типа структуры, определяющие свойства композитов. Первый тип формируется в малонаполненном композите: наполнитель образует слабопроводящую сеть и в то же время армирует композиты, повышая их жесткость. Второй тип формируется при повышенном содержании наполнителя: образуются электропроводящие армирующие композит цепочки из контактирующих между собой частиц наполнителя. Критическая концентрация наполнителя в композите, определяющая переход от первого типа структуры ко второму, соответствует 8–10 мас.% технического углерода.

1. Chen L., Zhang J. Designs of conductive polymer composites with exceptional reproducibility of positive temperature coefficient effect: A review // Journal of applied polymer science. – 2021. – V. 138. – P. 49677. URL: https://doi.org/10.1002/app.49677

2. Liu Y., Zhang H., Porwal H., Busfield J. JC , Peijs T., Bilotti E. Pyroresistivity in conductive polymer composites: a perspective on recent advances and new applications // Polymer international. – 2018. – V. 68 (3) – P. 299–305. DOI: 10.1002/pi.5735

3. Mamunya, Y., Maruzhenko O., Kolisnyk R., Iurzhenko M., Pylypenko A., Masiuchok O., Godzierz M., Krivtsun I., Trzebicka B., Pruvost S. Pyroresistive properties of composites based on HDPE and carbon fillers // Polymers. – 2023. – V. 15. – P. 2105. URL: https://doi.org/10.3390/polym15092105

4. Pang H., Xu L., Yan D.-X., Li Z.-M. Conductive polymer composites with segregated structures // Progress in polymer science. – 2014. – V. 39(11) – P. 1908–1933. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2014.07.007

5. Paszkiewicz S., Pypeć K., Irska I., Piesowicz E. Functional polymer hybrid nanocomposites based on polyolefins: A Review // Processes. – 2020. – V. 8. – P. 1475. DOI: 10.3390/pr8111475

6. Setnescu R., Lungulescu E.-M., Marinescu V. E. Polymer composites with self-regulating temperature behavior: properties and characterization // Materials. – 2023. – V. 16. – P. 157. URL: https://doi.org/10.3390/ma16010157

7. Silva L. N., Dos Anjos E. G. R., Morgado G. F. M., Marini J., Backes E. H., Montagna L. S., Passador F. R. Development of antistatic packaging of polyamide 6/linear low density polyethylene blends based carbon black composites // Polymer Bulletin. – 2020. – V. 77. – P. 3389–3409. URL: https://doi.org/10.1007/s00289-019-02928-3

8. Carbon black: science and technology / Donnet J.-B. (ed.). – New York: CRC Press, Marcel Dekker, 1993. – 460 p.

9. Vidakis N., Petousis M., Michailidis N., Mountakis N., Argyros A., Spiridaki M., Moutsopoulou A., Papadakis V., Charitidis C. High-density polyethylene / carbon black composites in material extrusion additive manufacturing: conductivity, thermal, rheological, and mechanical responses // Polymers. – 2023. – V. 15. – P. 4717. URL: https://doi.org/10.3390/polym15244717

10. Аллахвердиева Х.В., Кахраманов Н.Т., Дадашева Э.В. Электропроводящие нанокомпозиты на основе полиэтилена высокой плотности и различных типов углеродсодержащих наполнителей // Пластические массы. – 2023. – № 5–6. – С. 53–56. URL: https://doi.org/10.35164/0554-2901-2023-5-6-53-56

11. Борукаев Т. А., Гаев Д. С. Физико-механические свойства композитов на основе полиэтилена высокой плотности и технического углерода // Прикладная физика. – 2017. – № 5. – С. 76–81.

12. Марков А. В., Марков В. А., Чижов А. С. Влияние характеристик полиэтилена на термоэлектрические свойства полиэтиленовых композитов с техническим углеродом // Пластические массы. – 2021. – № 5–6. – C. 18–23. URL: https://doi.org/10.35164/0554-2901-2021-5-6-18-23

13. Рагушина М. Д., Евсеева К. А., Калугина Е. В., Ушакова О. Б. Полимерные композиционные материалы с антистатическими и электропроводящими свойствами // Пластические массы. – 2021. – №3–4. – C. 6–9. URL: https://doi.org/10.35164/0554-2901-2021-3-4-6-9

14. Раздьяконова Г. И., Лихолобов В. А., Кохановская О. А. Технологии модификации технического углерода. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2017. – 160 с.

15. Кропотин О. В., Рогачев Е. А., Дроздова Е. А., Каленчук А. А., Глуховеря Е. Г. Зависимость электрического сопротивления от параметров кристаллической структуры и физико-химических характеристик технического углерода // Ползуновский вестник. – 2024. – № 3. – С. 228–233. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2024.03.033

16. Нильсен Л. Механические свойства полимеров и полимерных композиций / Пер. с англ. П. Г. Бабаевского. – М.: Химия, 1978. – 312 с.

17. Li J. X., Silverstein M., Hiltner A., Baer E. The ductile-to-quasi-brittle transition of particulate-filled thermoplastic polyester // Journal of applied polymer science. – 1994. – V. 52. – P. 255–267. URL: https://doi.org/10.1002/app.1994.070520212

18. Перепечко И. И. Введение в физику полимеров. – М.: Химия, 1978. – 312 с.

19. Kropotin O. V., Rogachev E. A., Kalenchuk A. A. Influence of carbon black on the elastic modulus of composite materials based on linear low density polyethylene at various structural levels // Mechanics of composite materials. – 2025. – V. 61. – P. 67–78. DOI: 10.1007/s11029-025-10262-1