溶液法聚乙烯/石墨PTC导电复合材料的研究
本论文选用我国蕴藏量极大，价格低廉的天然鳞片石墨材料作为导电填料，聚乙烯作为基体，采用溶液混合(SM)的方法制作出了目标高分子复合导电材料，经过系统电学性能研究证明具有良好PTC效应。借助光学显微镜(OM)、差示扫描量热法(DSC)等多种分析手段对溶液法石墨填充聚乙烯复合体系进行了详细的研究，并对实验结果作了全面分析。
研究首次采用SM法制备出HDPE/石墨PTC导电复合材料，研究了SM法复合导电材料的室温导电特性，材料的临界浓度，阻温特性。在与熔融混合(MM)方法制备的同类复合导电材料进行对比的基础上，从微观形态的角度讨论了不同方法制备的复合材料导电性差异，并分析了原因。SM法制备的HDPE/石墨体系在120℃-135℃温度范围内，产生正温度系数(PTC)效应，材料的电阻率提高可达8个数量级。PTC效应随着温度的提高逐步增大，一般在135℃左右达到最大值。当温度接近熔点时出现NTC效应。其电阻率温度敏感范围随着石墨含量的不同有所不同，基本上随着石墨含量的提高，敏感起始温度也随之提高，其变化规律与材料的玻璃化转变温度相一致。石墨含量在临界浓度值60份附近时复合材料可以获得最大PTC效应。
本文对SM法制备的复合材料导电行为作了深入的研究。探讨了影响SM法复合材料PTC效应的因素。系统的考察了石墨粒度及石墨含量、基体材料的结晶度、制备工艺等因素对这种复合材料PTC效应的影响。
在高分子基PTC材料中，由于添加了导电粒子而使复合材料的机械性能大幅度的下降，脆性非常大，直接影响复合材料的应用，要得到良好的功能特性、稳定性，必须使材料要有良好的热稳定性和加工性能，因此需要探讨加入添加剂来改善复合体系的综合性能。以液体石蜡和聚乙烯蜡为增塑剂，硬脂酸钠为成核剂，研究加入添加剂对复合材料PTC效应的影响，以及对机械性能的改善程度。实验结果表明通过加入一定量的成核剂和增塑剂，复合材料的结晶度降低，晶粒细化，石墨的分散比较均匀，复合材料的力学性能得到很大的改善，同时保持了较好的PTC效应。
为了增加PTC复合材料的实用性，本文从制备方法、热处理、交联等几个角度对复合材料的PTC效应的热循环稳定性以及NTC效应的抑制进行了研究。研究发现SM法制备的复合材料中石墨能够有效的分散，得到的复合材料的热循环稳定性比较好；热处理能消除内应力，一定程度上改善了材料PTC效应的重现性；用偶联剂KH-570交联的PTC材料的NTC效应得到了明显的抑制。
石墨材料;复合导电材料;导电粒子;聚乙烯;增塑剂;溶液法
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
赵文元
2009
中文
TM242
73
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）