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聚合物基导电复合材料(Conductive Polymer Composites, CPCs)是指在聚合物中添加导电填料而制备的新型功能复合材料,其兼具聚合物优异的加工特性和粘弹性及导电填料的电学特性。本文以聚乙烯为基体,以短切碳纤维(CF)、镀镍碳纤维(NiCF)和碳纳米管(CNT)为导电填料制备CPCs,采用隧道效应、交流电学响应以及设计特定导电夹具实现同步测试等研究方法,对其电学机理和电热性能进行深入的探讨,具体工作如下：采用非对称势垒的热涨落诱导隧道效应研究了0℃以下超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/CF电学性能与温度的依存性。以凝胶/结晶法制备的UHMWPE/CF为研究对象,探讨CF含量接近逾渗值的样品在-146℃到15℃范围内的电学行为,并采用动态力学性能分析仪(DMA)和正电子湮灭法测试基体的松弛转变。分别采用电子跃迁理论和隧道效应来阐述复合材料电学性能。结果表明非对称势垒的热涨落诱导隧道效应分析实验结果可得到理想的拟合效果,而对称势垒的隧道效应分析时得到的参数不合理：隧道效应势垒宽度小于UHMWPE结晶单元的c轴长度且隧道效应发生面的面积远小于UHMWPE晶胞的a-b面的面积。复合材料中UHMWPE分子链的松弛对电导率有一定的影响,在基体松弛温度附近实验值偏离理论计算值。采用直流(DC)和交流(AC)电学响应研究了UHMWPE/低密度聚乙烯(LDPE)/CF的正温度系数(PTC)效应对CF含量的依赖性。以熔融法制备的UHMWPE/LDPE/CF复合材料为研究对象,在30℃到150℃内研究其PTC效应与CF含量的关系,其中AC阻抗测试频率范围为100Hz到106.5Hz,并采用差示扫描量热仪(DSC)和扫描电子显微镜表征复合材料的热行为和断面形貌。结果表明CF含量不同时,复合材料虽具有相似的热行为和形貌,但DC和AC下PTC效应的跳跃温度明显地随CF含量的增加而升高。随频率和温度变化的AC阻抗清晰地展示了UHMWPE/LDPE/CF中导电网络的破坏过程,且证明该过程符合电学普适性；并且表明CF含量不同时,载流子在CF导电网络间的跃迁距离不同,导致了不同的PTC跳跃温度。根据等效电路模型定量地分析AC阻抗复平面和CF间的平均距离(D),结果表明D随温度和含量的变化趋势与PTC效应一致。采用同步测试法研究了UHMWPE/NiCF复合材料的基体在自发热下聚集态结构的演变。设计特定导电夹具并将其装载在常规广角X射线衍射(WAXD)仪器上,实现CPCs电热材料在施加电压产生焦耳热(这种加热方式称之为自发热)时的WAXD同步测试。以凝胶/结晶法制备的UHMWPE/NiCF复合材料为研究对象,探讨其在自发热和常规环境加热(这种加热方式称之为外加热)下聚集态结构的演变。结果表明NiCF含量为10vol%的复合材料在自发热表面温度(Ts)达到129℃时,UHMWPE的结晶衍射峰消失,呈现出非晶衍射峰；但该温度低于UHMWPE的平衡熔点(145℃)。径向分布函数结果表明Ts为129℃时UHMWPE中分子链间的最可几距离为0.584nm,大于结晶时分子链的平均距离(0.444nm),说明非晶态的存在。根据实验结果推测X射线中高能量的光子与NiCF间发生隧道效应的电子相互作用,使得部分电子飞向UHMWPE并撞击UHMWPE中的C原子,导致晶区内局部分子链偏转破坏结晶结构,形成非晶态。基于上述研究结果,采用同步测试法研究了UHMWPE/NiCF复合材料在自发热下的动态力学性能。通过设计拉伸动态粘弹谱仪的特殊导电夹具及负载方法,实现白发热-动态力学性能同步测试,并探讨UHMWPE/NiCF在自发热和外加热时动态力学性能与频率和温度的依存性。在测试过程中施加正弦应变的最大幅度为0.067%,复合材料的电导率保持不变,且频率范围为100Hz到0.01Hz。结果表明,在UHMWPE/NiCF(NiCF含量为10vo1%)起始模量相同的情况下,50℃以上时,自发热时相同温度和频率下的储能模量低于外加热时的模量,这种差别在高温端更明显；且自发热全频范围内(100～0.01Hz)只能测试至108℃,继续升高温度时样品发生破坏：而外加热时其动态力学性能可测试至130℃。这些差异的原因可能是自发热下UHMWPE的结晶度低于外加热且施加电压自发热下的局部放电现象诱导了UHMWPE和NiCF界面间缺陷的生长,造成应力集中；缺陷随着温度和电压的升高进一步生长,而形成电树导致材料的破坏。研究两种加热方式下UHMWPE的主松弛(α松弛),发现α松弛均存在两种方式：低温下的α1松弛和高温下的α2松弛；αl松弛活的化能与加热方式无关,但自发热时α2的活化能高于外加热时的活化能。研究了电子束辐射处理对高密度聚乙烯(HDPE)/CNT复合材料发热性能和热稳定性的影响。以熔融法制备的HDPE/CNT复合材料为研究对象,对其进行电子束辐射处理。采用索氏提取器、DSC、热失重分析仪、热机械分析和DMA等研究辐射处理对复合材料聚集态结构的影响,并测试辐射前后复合材料的发热性能。结果表明：随着辐照剂量增大,复合材料的凝胶含量和热失重温度升高,而热膨胀率降低。复合材料在相同电压下的发热温度也随辐射剂量的增大而升高,且发热效率也升高。辐射后材料的机械性能得到明显改善,特别是高温端,说明辐射能够改善HDPE/CNT复合材料的发热性能和耐热性。