Свойства и структура композитов на основе полиэтилена, модифицированного техническим углеродом, с высокодисперсными компонентами

Востребованность электропроводящих полимерных композиционных материалов в современной промышленности (машиностроение, энергетика, приборостроение, авиастроение) обусловлена их уникальными физико-химическими свойствами и возможностью гибкой настройки функциональных характеристик. Необходимые для конкретного изделия уровни электропроводности и механических свойств достигаются путем варьирования видов полимера и наполнителя, а также параметров технологического процесса изготовления материалов и дисперсности компонентов. Один из наиболее востребованных наполнителей при разработке таких композитов – технический углерод. Появление на рынке сверхэлектропроводных марок технического углерода открывает новые возможности для регулирования эксплуатационных характеристик электропроводящих композитов при сравнительно небольшом содержании наполнителя. В работе исследовано влияние сверхэлектропроводного технического углерода на структуру и свойства электропроводящих композитов на основе полиэтилена высокой плотности при использовании высокодисперсных компонентов. Механические испытания образцов проводили на разрывной машине, их электрическое сопротивление измеряли с помощью милли-тераомметра. Морфологию поверхности холодного скола образцов исследовали на растровом электронном микроскопе, рентгеноструктурный анализ проводили с использованием рентгеновского дифрактометра. Установлено, что использование высокодисперсных компонентов приводит к уменьшению в 2,7 раза удельного сопротивления композита вблизи порога перколяции и к увеличению в 1,1–3 раза удельного сопротивления в высоконаполненных композитах относительно композитов, в которых использованы низкодисперсные компоненты. Использование высокодисперсных компонентов обеспечивает существенное (в 4–50 раз) увеличение относительного удлинения при разрыве, что обусловлено формированием более стабильной ячеистой структуры матрицы и повышением равномерности распределения наполнителя. Показано, что применение высокодисперсных форм компонентов исследованных композитов эффективно для создания электропроводящих материалов при повышенных требованиях к их прочностным характеристикам. Разработанные материалы могут использоваться для антистатической защиты, в самовосстанавливающихся предохранителях, саморегулирующихся нагревателях и других устройствах и системах.

1. Kanoun O., Bouhamed A., Ramalingame R., et al. Re view on Conductive Polymer/CNTs Nanocomposites based flexible and stretchable strain and pressure sensors. Sensors. 2021;21(2):341–370. https://doi.org/10.3390/s21020341. – EDN: SJRGPY

2. Liu Y., Zhang H., Porwal H., et al. Pyroresistivity in con ductive polymer composites: a perspective on recent advances and new applications. Polymer International. 2019;68(3):299 305. https://doi.org/10.1002/pi.5735

3. Pang H., Xu L., Yan D.-X., Li Z.-M. Conductive poly mer composites with segregated structures. Progress in Poly mer Science. 2014;39(11):1908–1933. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2014.07.007. – EDN: UUCMEB

4. Chen L., Zhang J. Designs of conductive polymer com posites with exceptional reproducibility of positive temperature coefficient effect: A review. Journal of Applied Polymer Sci ence. 2021;138(3):49677. https://doi.org/10.1002/app.49677. – EDN: UCLXRY

5. Setnescu R., Lungulescu E.-M., Marinescu V.E. Polymer composites with self-regulating temperature behavior: Proper ties and characterization. Materials. 2023;16(1):157. https://doi.org/10.3390/ma16010157. – EDN: YIYFPG

6. Петухова Е.С., Федоров А.Л., Аргунова А.Г. Исследование климатической стойкости полиэтиленовых электропроводящих материалов для топливных канистр в условиях севера и Арктики. Материаловедение. 2023;(2):12–17. https://doi.org/10.31044/1684-579X-2023-0-2-12-17. – EDN: VZRIAH

7. Аллахвердиева Х.В., Кахраманов Н.Т., Гасанова А.А., Косева Н.С. Роль механоактивации наночастиц техуглерода в формировании сегрегированной структуры и свойств полимерных электропроводящих нанокомпозитов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025;68(6):126–133. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20256806.7190. – EDN: YXSOZK

8. Liang J.-Z., Yang Q.-Q. Effects of carbon black content and size on conductive properties of filled high-density polyeth ylene composites. Advances in Polymer Technology. 2018;37(6): 2238–2245. https://doi.org/10.1002/adv.21882. – EDN: OTLHKX

9. Luo S.J., Wong C.P. Study on effect of carbon black on behavior of conductive polymer composites with positive tem perature coefficient. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies. 2000;23(1):151–156. https://doi.org/10.1109/6144.833054.

10. Kropotin O.V., Rogachev E.A., Kalenchuk A.А. Influ ence of carbon black on the elastic modulus of composite mate rials based on linear low density polyethylene at various struc tural levels. Mechanics of Composite Materials. 2025;61(1): 67–78. https://doi.org/10.1007/s11029-025-10262-1. – EDN: RDQDGI

11. Раздьяконова Г.И., Лихолобов В.А., Кохановская О.А. Технологии модификации технического углерода. Омск: ОмГТУ; 2017. 160 с. – EDN: YMEHYN

12. Rogachev E.A., Danshina V.V., Kropotin O.V., et al. Сalendar ageing of electrically conductive carbon black: changes in physicochemical properties and possibilities for further use. Azerbaijan Chemical Journal. 2025;(3):90–104. https://doi.org/10.32737/0005-2531-2025-3-90-104. – EDN: EDN: MIBUCB

13. Рагушина М.Д., Евсеева К.А., Калугина Е.В., Ушакова О.Б. Полимерные композиционные материалы с анти статическими и электропроводящими свойствами. Пластические массы. 2021;(3-4):6–9. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2021-3-4-6-9. – EDN: QFMBRB

14. 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):18–23. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2021-5-6-18-23. – EDN: PWWNJX

15. 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):53–56. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2023-5-6-53-56. – EDN: BQZOEC

16. Дроздова Е.А., Рогачев Е.А., Кропотин О.В. Влияние сверхэлектропроводного технического углерода на структуру и свойства композиционных материалов на основе поли этилена высокой плотности. Вопросы материаловедения. 2025;4(124):166–175. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2025-124-4-166-175. – EDN: TFBURD

17. Кропотин О.В., Рогачев Е.А., Дроздова Е.А. и др. Зависимость электрического сопротивления от параметров кристаллической структуры и физико-химических характеристик технического углерода. Ползуновский вестник. 2024;(3):228–233. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2024.03.033. – EDN: CZOHYD

18. Мартынов М.А. Рентгенография полимеров: метод. Пособие для пром. лаб. Л.: Химия; 1972. 94 с.

19. Перепечко И.И. Введение в физику полимеров. М.: Химия; 1978. 312 с.

20. Дроздова Е.А., Рогачев Е.А., Кропотин О.В. Влияние дисперсности компонентов на свойства полиэтиленовых композитов для саморегулирующихся нагревателей, модифицированных техническим углеродом. Композиты и наноструктуры. 2026;18(2):153–164. https://doi.org/10.36236/1999-7590-2026-18-2-153-164. – EDN: FYLVND