Elektriskt ledande polymerer förändras vid temperaturändringar
I sitt doktorsarbete har Karl-Michael Jäger undersökt de mekanismer och processer som vid temperaturändringar orsakar förändringar i elektriska egenskaper hos kimrökfyllda polymerer av den typ som används ibland annat elektriska kablar.
Ofta fyller man isolerande polymermatriser med fasta partiklar eller fibrer för att modifiera deras elektriska egenskaper. Dessa så kallade kompositer kombinerar plasters enastående egenskaper som processbarhet, formbarhet, flexibilitet och lågt pris med speciella elektriska egenskaper som gör dem användbara eller till och med oersättliga i olika industriella tillämpningar. På så sätt blir dessa material användbara i många fler sammanhang. Exempel på användningsområden är urladdningsskydd, elektrisk fältstyrning, elektromagnetisk avskärmning och flera speciella tillämpningar som till exempel självreglerande uppvärmningskablar och PTC switches. En tillämpning av särskilt intresse är elektrisk fältstyrning i elkablar, där kompositer som består av elektriskt ledande kimrök och polyetensampolyerer används.
Där de används utsätts dessa material ofta för kraftiga temperaturändringar. De mekaniska spänningar som då uppstår kan leda till en omfördelning av de elektriskt ledande partiklarna, vilken i sin tur leder till att kabelns elektriska egenskaper ändras, vanligtvis så att den elektriska ledningsförmågan går förlorad.
Kan vi förstå denna omfördelning bättre? Kimrökpartiklarna är fördelade i klungor. Partiklarna hålls isär av tunna polymerfilmer. Dessa filmer är tillräckligt tunna för att elektroner skall kunna transporteras över luckorna mellan partiklarna och på detta sätt upprätthålla den elektriska ledningsförmågan. Karl-Michael Jäger visar att de uppkomna spänningarna inte behöver omfördela partikelklungorna. Det räcker med att påverka luckorna mellan partiklarna – det rör sig om några Ångström – för att ändra den elektriska ledningsförmågan kraftigt. Polymerfilmernas egenskaper spelar en huvudroll när det gäller stabiliteten hos ett kompositmaterials elektriska egenskaper.
Avhandlingen ” Electrical Properties of Carbon Black Polymer Composites: Filler Particle Rearrangement” försvarades vid en offentlig disputation på Chalmers den 6 december
Mer information:
Karl-Michael Jäger, Materialteknik, Chalmers tekniska högskola,
Tel: 031-772 1307, e-post: kmj@polymm.chalmers.se
