ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РЕЗИНЫ НА ОСНОВЕ БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНОГО КАУЧУКА И ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА, КАК МЕЖОБКЛАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА
Аннотация
Исследованы электрофизические, реометрические и физико-механические свойства резины на основе бутадиен-нитрильного каучука, наполненного техническим углеродом, для ее применения в качестве чувствительных элементов гибких переменных емкостей в датчиках систем дистанционного контроля давления в автомобильных шинах. В качестве модификаторов электрофизических свойств резины изучены политетрафторэтилен, графен и диоксид титана. Резиновую смесь готовили на лабораторных вальцах ЛБ 320 160/160 при температуре поверхности валков 60-70 °С в течение 25 мин. Реометрические свойства резиновой смеси исследовались на реометре MDR 3000 Basic при 150 °С в течение 30 мин в соответствии с ASTM D2084-79. Для определения физико-механических показателей резиновую смесь вулканизовали при температуре 150 °C и давлении 18,2 МПа в течение 20 мин в вулканизационном прессе P-V-100-3RT-2-PCD. Упруго-прочностные свойства вулканизатов определяли в соответствии с ГОСТ 270-75; твердость по Шору А – в соответствии с ГОСТ 263-75; сопротивление раздиру – в соответствии с ГОСТ 262-93; эластичность по отскоку – согласно ГОСТ 27110-86. Для образцов резины толщиной от 0,3 до 1,5 мм с наклеенными с обеих сторон медными электродами на приборе ТС-7 измерялась и исследовалась электрическая емкость в зависимости от давления. Удельное поверхностное сопротивление образцов резины определялось стандартным четырехзондовым методом на установке Jandel RMS 3000. Установлено, что резина, содержащая 10 мас. ч. диоксида титана на 100 мас. ч. бутадиен-нитрильного каучука, характеризуется повышенной электрической емкостью и может быть рекомендована в качестве межобкладочного материала переменного конденсатора датчика давления в автомобильных шинах.
Для цитирования:
Смирнов А.В., Терентьев А.А., Баласанян С.А., Егоров Е.Н., Кольцов Н.И., Васильев С.А. Исследование электрофизических свойств резины на основе бутадиен-нитрильного каучука и технического углерода, как межобкладочного материала. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 99-105. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.9y.
Литература
Huang Y., Fan X., Chen S.C., Zhao N. Emerging technologies of flexible pressure sensors:materials, modeling, devices, and manufacturing. Adv. Funct. Materials. 2019. V. 29. N 12. P. 1808509. DOI: 10.1002/adfm.201808509.
Kim S.-W., Oh G.-Y., Lee K.-I., Yang Y.-J., Ko J.-B., Kim Y.-W., Hong Y.-S. A Highly Sensitive and Flexible Capacitive Pressure Sensor Based on Alignment Airgap Dielectric. Sensors. 2022. 22(19). P. 7390. DOI: 10.3390/s22197390.
Li W., Jin X., Zheng Y., Chang X., Wang W., Lin T., Zheng F., Onyilagha O., Zhu Zh. Porous and Air Gap Elastomeric Dielectric Layer for Wearable Capacitive Pressure Sensor with High Sensitivity and Wide Detection Range. J. Mater. Chem. C. 2020. V. 8. P. 11468-11476. DOI: 10.1039/D0TC00443J.
Kirankumar B. Balavalad. Design and Simulation of MEMS Capacitive Pressure Sensor Array for Wide Range Pressure Measurement. Int. J. Comp. Applicat. 2017. V. 163. N 6. P. 39-46. DOI: 10.5120/ijca2017913554.
Jihyeon Oh, Dong-Young Kim, Hyunwoo Kim, Oh-Nyoung Hur, Sung-Hoon Park. Comparative Study of Carbon Nanotube Composites as Capacitive and Piezoresistive Pressure Sensors under Varying Conditions. Materials (Basel). 2022. V. 15. N 21. P. 7637. DOI: 10.3390/ma15217637.
Jongchan Yoo, Dong-Young Kim, Hyunwoo Kim, Oh-Nyoung Hur, Sung-Hoon Park. Comparison of Pressure Sensing Properties of Carbon Nanotubes and Carbon Black Polymer Composites. Materials (Basel). 2022. V. 15. N 3. P. 1213. DOI: 10.3390/ma15031213.
Lipomi D.J., Vosgueritchian M., Tee B.C.K., Hellstrom S.L., Lee J.A., Fox C.H., Bao Z. Skinlike pressure and strain sensors based on transparent elastic films of carbon nanotubes. Nat. Nanotechnol. 2011. V. 6. P. 788–792. DOI: 10.1038/nnano.2011.184.
Viry L., Levi A., Totaro M., Mondini A., Mattoli V., Mazzolai B., Beccai L. Flexible Three-Axial Force Sensor for Soft and Highly Sensitive Artificial Touch. Adv. Mater. 2014. V. 26. P. 2659–2664. DOI: 10.1002/adma.201305064.
Zhang H., Wang M.Y., Li J., Zhu J. A soft compressive sensor using dielectric elastomers. Smart Mater. Struct. 2016. V. 25. P. 035045. DOI: 10.1088/0964-1726/25/3/035045.
Qin R., Hu M., Li X. A new strategy for the fabrication of a flexible and highly sensitive capacitive pressure sensor. Microsyst. Nanoeng. 2021. V. 7. P. 100. DOI: 10.1038/s41378-021-00327-1.
Li R., Zhou Q., Bi Y., Cao S., Xia X., Yang A., Li S., Xiao X. Research progress of flexible capacitive pressure sensor for sensitivity enhancement approaches. Sens. Actuators A-Phys. 2021. V. 321. P. 112425. DOI: 10.1016/j.sna.2020.112425.
Moheimani R., Aliahmad N., Aliheidari N. Thermoplastic polyurethane flexible capacitive proximity sensor reinforced by CNTs for applications in the creative industries. Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 1104. DOI: 10.1038/s41598-020-80071-0.
Mannsfeld S.C.B., Tee B.C.K., Stoltenberg R.M., Chen C., Barman S., Muir B.V.O., Sokolov A.N., Reese C., Bao Z.N. Highly sensitive flexible pressure sensors with microstructured rubber dielectric layers. Nat. Mater. 2010. V. 9. P. 859–864. DOI: 10.1038/nmat2834.
Quan Wang, Junbo Che, Weifei Wu, Zhendong Hu, Xueqing Liu, Tianli Ren, Yuwei Chen, Jianming Zhang. Contributing Factors of Dielectric Properties for Polymer Matrix Composites. Polymers. 2023. V. 15. N 3. P. 590. DOI: 10.3390/polym15030590.
Hongda Zhu, Dingfei Deng, Chiwei Xu, Xuebin Wang, Xiangfen Jiang. Three-dimensional network of graphene for electrochemical capacitors and capacitive deionization. APL Energy. 2024. V. 2. P. 011502. DOI: 10.1063/5.0177677.
Nikolaeva A.V., Markina D.E., Kalinskaya S.A., Kondratiev V.M. New approaches to the creation of capacitive pressure sensors based on ZnO-PDMS membranes. Electronics: physical processes, technologies, devices and devices. St. Petersburg: SPbGETU "LETI". 2023. P. 304-307 (in Russian).
Atta A., Alotiby M.F., Al-Harbi N., El-Aassar M.R., Uosif M.A.M., Rabia M. Fabrication, Structural Properties, and Electrical Characterization of Polymer Nanocomposite Materials for Dielectric Applications. Polymers. 2023. V. 15. P. 3067. DOI: 10.3390/polym15143067.
Bonkerud J., Zimmermann C., Weiser P.M. On the permittivity of titanium dioxide. Sci Rep. 2021. V. 11. P. 12443. DOI: 10.1038/s41598-021-92021-5.
Smirnov A.V., Terentyev A.A., Balasanyan S.A., Egorov E.N., Koltsov N.I., Vasiliev S.A. Investigation of electrical properties of elastomers based on butadiene-nitrile and butadiene-methyl-styrene rubbers with technical carbon for interlayer material of flexible variable containers. Collection of art. 16 International. Conference "Carbon: fundamental problems of science, materials science, technology" CFPMST. 2024. P. 251-252 (in Russian).
Yuwei Guo, Simei Zeng, Qi Liu, Jingye Sun, Mingqiang Zhu, Linan Li, Tao Deng. Review of the pressure sensor based on graphene and its derivatives. Microelectron. Eng. 2024. V. 288. P. 112167. DOI: 10.1016/j.mee.2024.112167.
Egorov E.N., Ushmarin N.F., Kol'tsov N.I. Technological additives for oil and petrol resistance rubbers based on butadiene-nitrile caoutchoucs. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 6. P. 41-46 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216406.6169.
Ushmarin N.F., Egorov E.N., Kol’tsov N.I. Influence of microspheres on properties of aggressive resistant rubbers. ChemChemTech [Izv. Vyssh.Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 2. P. 49-55 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216402.6165.
