Types of conductive thermoplastics - replacement of metallic materials in engineering structures, Part 2

Mezi vhodná vodivá plniva se nej�ast�ji za�azují �ásticová plniva na kovové nebo keramické bázi-st�íbro, m��, hliník, oxid hlinitý, nitrid hlinitý, nitrid bóru-tepelnou vodivost kompozitu mohou zvýšit a� na cca 4 W/mK.

Další velmi rozší�enou skupinu tvo�í kompozity s vláknitým, vyztu�ujícím plnivem-uhlíkovým vláknem. Vykazují nízkou hustotu-1, 66 a� 1, 90 g/ccm, velkou pevnost a únavovou odolnost, malou tepelnou rozta�nost, výbornou elektrickou vodivost, mohou mít tepelnou vodivost, podle obsahu C vláken, 245 a� 370 W/mK (vodivost m�di).

Vodivá plniva na základ� uhlíku jsou nejlepšími plnivy pro výrobu tepeln� vodivých kompozit�-saze mohou tepelnou vodivost zvýšit a� dvojnásobn�, nejlepšími plnivy jsou nano�ástice uhlíku (a� 695 W/mK), �ástice syntetického grafitu a C vlákna.

Uhlíkové nanotrubice -Carbon Nanotubes-CNT, jedno z nejlepších vodivých plniv. Vyrábí se ve t�ech základních provedeních:

-Single Wall Nanotubes-SWNT-s jednou st�nou

-Double Wall Nanotubes-DWNT-se dv�mi st�nami-trubka v trubce

-Multi Wall Nanotubes-MWNT, nap�íklad MWNT francouzské firmy Arkem mají 12 a� 15 st�n, vn�jší pr�m�r cca 12 nm (12E -9 m ), délku v mikrometrech (xx E -6 m ), m�rnou hmotnost od 50 do 150 g/1E -3 cm.

Vyráb�jí se syntézou plyn�, nap�íklad etylénu, katalytický systém je odvozen od �eleza, za vysoké teploty ve fluidním lo�i.

Porovnání jejich vybraných vlastností s vlastnostmi ocele:

Tepeln� vodivé materiály pln�né uhlíkovými plnivy jsou zárove� i elektricky vodivými materiály.

U �ásticových plniv je nutno vzít v úvahu mo�né sní�ení mechanických vlastností, nap�íklad polypropylenový kompozit se 7 % grafitových �ástic o velikosti cca 15 mikrometr� má o cca 20 % ni�ší mechanické vlastnosti ne� �istý PP.  

Elektrická vodivost je vlastnost materiálu vést elektrický odpor. Vodi� s odporem 1 ohm má vodivost 1 S (siemens).

Elektrickou vodivost posuzujeme podle m�rného elektrického odporu-rezistivity. M�rný elektrický odpor vodivých materiál� je odpor vodi�e v ohmech o pr��ezu 1 ccmm a délce 1 m-ohmccmm/m.

Pro mén� vodivé a nevodivé materiály se m�rný elektrický odpor definuje jako odpor mezi protilehlými st�nami krychle o stran� 1 cm-ohmccm/m.

Nejlepšími vodi�i elektrického proudu je st�íbro, m�� a hliník.

S elektrickou vodivostí t�sn� souvisí antistatické vlastnosti materiál�. Jejich antistatické vlastnosti se hodnotí pomocí jejich povrchové rezistivity-ohm-nebo objemové rezistivity-ohmm-m�rný elelektrický odpor proti zemi. Tento odpor by, v p�ípad� antistatických materiál�, m�l být menší ne� 1E9 ohmu.

ESD-elektrostatický náboj-je to náhlý a krátkodobý elektrický proud mezi dv�ma objekty s r�zným elektrickým potenciálem. Ochranou p�ed ESD jsou antistatické materiály zabezpe�ující uzemn�ní elektrostatického náboje.

ATEX-ATmospheres EXplosive-ochrana p�ed nebezpe�ím výbuchu-p�edpis EU, �erven 2003.

Disipace-rozptýlení-nevratná p�em�na, nap�íklad celkové energie v jiné druhy energie, zejména v teplo.  

Dielektrikum je látka, v�tšinou izolant, která má schopnost polarizace. Izolanty jsou podmno�inou dielektrik, ka�dý izolant je dielektrikum, ale ne ka�dé dielektrikum je izolantem.

EMC-elektromagnetická kompatibilita-slu�itelnost-je definována jako schopnost za�ízení, systému nebo p�ístroje vykazovat správnou �innost i v prost�edí, v n�m� p�sobí jiné zdroje elektromagnetických signál�-p�írodní nebo um�lé-a naopak svou vlastní elektromagnetickou �inností nep�ípustn� neovliv�ují okolí, tj. nevyza�ují signály, je� by byly rušivé pro jiná za�ízení.

Elektromagnetická kompatibilita se d�lí na dv� kategorie:

-EMI-elektromagnetická interference-rušení, n�kdy i RFI-radio-frequenci interference

-EMS-elektromagnetická susceptibilita-odolnost.

 Cesty pro zajišt�ní elektromagnetické kompatibility:

-elektronické p�ístroje vytvá�ejí ne�ádoucí elektromagnetická pole, která mohou ovlivnit funkci okolních elektrických a elektronických za�ízení

-v�tšina elektronických p�ístroj� je vlo�ena nebo kryta plastovými pouzdry, krabicemi, atd. a tyto p�ístroje je t�eba chránit p�ed parazitními elektromagnetickými poli a zárove� omezit jejich vlastní vyza�ování rušivých signál� do okolí

- k ochran� p�ed rušivými elektromagnetickými poli je mo�no vyu�ít n�kolik zp�sob�, nap�íklad:

    - na kryty napa�it vodivou vrstvu

   - pro výrobu kryt� pou�ít typ kompozitního materiálu s polymerní matricí a s vhodným plnivem-u t�chto materiál� je nutno si uv�domit, �e vhodná, z pohledu stín�ní, plniva mohou zhoršovat zpracovatelnost kompozitu, zhoršovat n�které jeho fyzikáln�-mechanické vlastnosti a zvyšují jeho hmotnost

   - negativní vliv plniv na hmotnost výst�ik� je mo�no sní�it pou�itím kompozit� s malými obsahy plniv, která p�i zpracování podrobíme p�sobení magnetického pole, nap�íklad vhodným ulo�ením permanentních magnet� ve form�, �ím� se ve výst�iku z vodivého plniva vytvá�ejí organizovaná vodivá vlákna, která vodivé odstín�ní podstatn� zlepší

   - kryty vyráb�t jednou z variant dvoukomponentního vst�ikování-vst�ikování tzv. nemísitelných sm�sí-jeden polymer vytvá�í vn�jší, pohledovou vrstvu a vnit�ní vrstvu tvo�í výpl�ový kompozitní materiál s vodivými �ásticemi-uhlíkové nebo kovové plnivo

   - vst�ikování kryt� z ho��íkových slitin v tixotropním stavu.

Vedle vodivých kompozit� existují i konjugované polymery, které vykazují vlastní vodivost. Umo��uje to pravidelné st�ídání jednoduchých a dvojných vazeb-konjugace-v molekulární struktu�e.

Konjugované polymery jsou obtí�n� zpracovatelné, nelze je p�evést do taveniny, vyráb�jí se z nich plastové integrované obvody, vyu�ití nalézají i v oblasti vývoje a výroby nap�íklad neviditelných letadel.

Jedná se o nap�íklad o polypyrol, polythiofen, polyanilin, poly(p-fenylenvinylen), atp

Magnetické vlastnosti materiál� se zjiš�ují z jejich chování v magnetickém poli. Podle velikosti permeability, co� je fyzikální-materiálová veli�ina vyjad�ující vliv materiálu nebo prost�edí na výsledné ú�inky p�sobícího magnetického pole nebo-li udávající míru magnetizace materiálu nebo prost�edí v d�sledku p�sobícího magnetického pole, t�ídíme materiály do t�í skupin:

-diamagnetické látky-mají permeabilitu menší ne� 1-vodík, v�tšina organických slou�enin, m��, zlato, rtu�, olovo, cín, atd. -tyto materiály nezesilují ú�inek vn�jšího magnetického pole

-paramagnetické látky-mají permeabilitu v�tší ne� 1, ale ji blízko-kyslík, soli vzácných zemin, alkalické kovy, hliník, platina, atd. -nepatrn� zvyšují ú�inek p�sobícího magnetického pole

-feromagnetické látky-mají vysokou permeabilitu závislou na intenzit� magnetického pole-nap�íklad �elezo, nikl, kobalt, slitiny chromu a manganu, atd.

Dále d�líme materiály na:

-magneticky m�kké-snadno se zmagnetizují a snadno se odmagnetizují-po zániku vn�jšího magnetického pole si magnetické vlastnosti nepodr�í

-magneticky tvrdé-obtí�n� se zmagnetizují, ale své vlastnosti si podr�í i po zániku vn�jšího magnetického pole, jsou vhodné pro výrobu permanentních magnet�.

Pro vyjád�ení silových ú�ink� magnetického pole na pohybující se �ástice s nábojem nebo s magnetickým dipólovým momentem se pou�ívá vektorová fyzikální veli�ina –magnetická indukce B, fyzikální jednotka T (tesla).

B�né permanentní magnety mají magnetickou indukci od 1E -2 do 1E -1 T.

1. �as� »

• pokra�ovanie �lánku bude uverejnené 27.10.2014.