Elektromechanisch gedrag van nitrilrubber

Abstract

Materialen die elektromechanisch gedrag vertonen kunnen elektrische en mechanische energie in elkaar omzetten. Het verschijnsel dat een elektrisch veld een mechanische deformatie veroorzaakt wordt elektrostrictie genoemd. Elektrostrictie wordt veroorzaakt door Coulomb-aantrekking tussen gepolariseerde ladingen. In rubbers met een polaire zijgroep is recent een zeer groot elektrostrictie-effect gevonden door Binnendijk [ 27 ] en Van der Ven [ 30 ]. Zij vinden rekken tot tienden procent in middelmatig sterke velden. De elektrostrictie in nitrilrubber is in een statisch elektrisch veld onderzocht. Met een verplaatsingsopnemer is de rek ten gevolge van het veld bepaald. Er zijn experimenten uitgevoerd om het effect op verschillende tijdschalen en temperaturen te onderzoeken. Speciale aandacht is besteed aan het elektrode materiaal. De elektromechanische eigenschappen zijn gekoppeld aan de structuur, de elektrische ( diëlektrische constanten ) en de mechanische (elasticiteit en viscositeit) eigenschappen van het materiaal en de geometrie van het proefstuk. Er is gevonden dat de optredende elektrostrictie evenredig is met het kwadraat van de veldsterkte en dat het een hystereselus vertoont in semi-statische velden. Het effect is opgebouwd uit twee delen. Het eerste is klein en momentaan, het tweede is traag en sterk afhankelijk van de historie van het proefstuk. Er is gevonden det effect groter en sneller wordt bij hogere temperatuur. Door de combinatie van een warmtebehandeling en een elektrisch veld ( polen ) wordt het materiaal schoongeveegd. Er wordt gevonden dat de geleiding en het elektrostrictie-effect afnemen door het polen. Deze afname is definitief. Geconcludeerd is dat het eerste, kleine effect wordt veroorzaakt door moleculaire polarisatie en polarisatie van de nitrildipolen, het tweede door polarisatie van vrije ladingdragers aan grensvlakken ( Maxwell-Wagner effecten ) of door opbouw van ruimteladingswolken. De structuur bestaat uit een matrix van rubber met kristalletjes, waarschijnlijk is dit acrylonitril. De ruimteladingspolarisatie en de glasovergang van de acrylonitrilfase zijn gekoppeld. Mogelijk zijn de ruimteladingen in de glasfase ingevroren en komen vrij bij de glasovergangstemperatuur. Bij hogere temperatuur verdwijnt het elektrostrictie- effect door ruimteladingspolarisatie, waarschijnlijk doordat de elektroden de ladingen doorlaten of absorberen.