Kompozity elektricky aktivních částic dispergovaných v nevodivé polymerní matrici patří k polymerním materiálům s jedinečnými elektrickými vlastnostmi. Jejich použití se ukázalo vhodným v mnoha technologických aplikacích. Navíc jsou tyto polymerní kompozity v porovnání s běžnými materiály výhodné pro svou nízkou hmotnost a možnost nastavení požadovaných vlastností kombinací složek. Tato práce se zabývá návrhy a analýzou takových kompozitů s ohledem na jejich možné aplikace.
První oblast této práce analyzuje možnost stínění elektromagnetického záření kompozity na bázi epoxidových pryskyřic plněných krátkými uhlíkovými vlákny. Po pokrytí uhlíkových vláken nevodivou polyanilinovou bází byl získán kompozit s vysokou střídavou vodivostí při vysokých frekvencích a nízkou stejnosměrnou vodivostí. Dále byl u kompozitů s částicemi grafitu potvrzen významný vliv tvaru částic a jejich pokrytí na vodivost v perkolační oblasti.
V druhé části jsou studovány změny vodivosti kompozitů při tlakové deformaci. Změna struktury kompozitu silikonového kaučuku o koncentraci částic polypyrolu v oblasti pod perkolační mezí vedla k příkrému poklesu vodivosti. Navržený teoretický model popisující závislost stejnosměrné vodivosti na deformaci při různé koncentraci plniva byl experimentálně ověřen na kompozitu silikonového kaučuku se sazemi.
Porovnání vlastností kompozitu melamin-formaldehydové pryskyřice plněné částicemi shungitu s kompozitem se zastoupením sazí ukázalo - i přes mírně zhoršené mechanické vlastnosti prvního materiálu - jeho výhody pro případnou výrobní manipulaci v praxi. Dále je ukázáno, že lokální odchylky v koncentraci částic plniva, jejich tvaru a orientaci uvnitř polymerního kompozitu lze modelovat jako distribuce perkolačních prahů.
Annotation in English
Composites of electrically active particles dispersed in non-conducting polymer matrix rank among smart materials with unique electrical properties. They can be used in many technological applications and in contrast to conventional materials provide tailored material properties through combination of components. In this work, designing as well as analysis of such composites with respect to their possible applications is considered.
The first section of the thesis focuses on the investigation of composite materials consisting of non-conducting epoxy resin matrix filled with short carbon fibers or graphite particles coated with the layer of polyaniline base. Attention is paid to dielectric properties of the first composite in respect to the application in electromagnetic shielding, and to the conductivity mechanism of graphite composite material.
Second section deals with the influence of pressure deformation on electric and dielectric properties of polymer composites. A steep decrease in conductivity during the deformation of silicone rubbe/polypyrrole composite suggests a possibility to use this material for pressure sensors in microelectronics. A theoretical model describing the dependence of DC conductivity on the pressure deformation of silicone rubber/carbon black composites at various filler concentrations is proposed.
Finally it was found that, in comparison with carbon black laminates, the melamine-formaldehyde resin/shungite composites have beneficial conductivities for dissipative composites, while mechanical properties are only slightly deteriorated by the presence of the filler. Furthermore, the local variations in the concentration of filler, the particle shape and orientation in polymer composites are modelled as distribution of percolation thresholds.
Keywords
Polymerní kompozit, elektrická vodivost, dielektrické vlastnosti, stínění elektromagnetického záření
Kompozity elektricky aktivních částic dispergovaných v nevodivé polymerní matrici patří k polymerním materiálům s jedinečnými elektrickými vlastnostmi. Jejich použití se ukázalo vhodným v mnoha technologických aplikacích. Navíc jsou tyto polymerní kompozity v porovnání s běžnými materiály výhodné pro svou nízkou hmotnost a možnost nastavení požadovaných vlastností kombinací složek. Tato práce se zabývá návrhy a analýzou takových kompozitů s ohledem na jejich možné aplikace.
První oblast této práce analyzuje možnost stínění elektromagnetického záření kompozity na bázi epoxidových pryskyřic plněných krátkými uhlíkovými vlákny. Po pokrytí uhlíkových vláken nevodivou polyanilinovou bází byl získán kompozit s vysokou střídavou vodivostí při vysokých frekvencích a nízkou stejnosměrnou vodivostí. Dále byl u kompozitů s částicemi grafitu potvrzen významný vliv tvaru částic a jejich pokrytí na vodivost v perkolační oblasti.
V druhé části jsou studovány změny vodivosti kompozitů při tlakové deformaci. Změna struktury kompozitu silikonového kaučuku o koncentraci částic polypyrolu v oblasti pod perkolační mezí vedla k příkrému poklesu vodivosti. Navržený teoretický model popisující závislost stejnosměrné vodivosti na deformaci při různé koncentraci plniva byl experimentálně ověřen na kompozitu silikonového kaučuku se sazemi.
Porovnání vlastností kompozitu melamin-formaldehydové pryskyřice plněné částicemi shungitu s kompozitem se zastoupením sazí ukázalo - i přes mírně zhoršené mechanické vlastnosti prvního materiálu - jeho výhody pro případnou výrobní manipulaci v praxi. Dále je ukázáno, že lokální odchylky v koncentraci částic plniva, jejich tvaru a orientaci uvnitř polymerního kompozitu lze modelovat jako distribuce perkolačních prahů.
Annotation in English
Composites of electrically active particles dispersed in non-conducting polymer matrix rank among smart materials with unique electrical properties. They can be used in many technological applications and in contrast to conventional materials provide tailored material properties through combination of components. In this work, designing as well as analysis of such composites with respect to their possible applications is considered.
The first section of the thesis focuses on the investigation of composite materials consisting of non-conducting epoxy resin matrix filled with short carbon fibers or graphite particles coated with the layer of polyaniline base. Attention is paid to dielectric properties of the first composite in respect to the application in electromagnetic shielding, and to the conductivity mechanism of graphite composite material.
Second section deals with the influence of pressure deformation on electric and dielectric properties of polymer composites. A steep decrease in conductivity during the deformation of silicone rubbe/polypyrrole composite suggests a possibility to use this material for pressure sensors in microelectronics. A theoretical model describing the dependence of DC conductivity on the pressure deformation of silicone rubber/carbon black composites at various filler concentrations is proposed.
Finally it was found that, in comparison with carbon black laminates, the melamine-formaldehyde resin/shungite composites have beneficial conductivities for dissipative composites, while mechanical properties are only slightly deteriorated by the presence of the filler. Furthermore, the local variations in the concentration of filler, the particle shape and orientation in polymer composites are modelled as distribution of percolation thresholds.
Keywords
Polymerní kompozit, elektrická vodivost, dielektrické vlastnosti, stínění elektromagnetického záření
