【摘 要】
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本实验研究N990炭黑高温改性处理,包括高温N2气处理、高温CO2处理、高温水蒸气处理,以及高温KOH活化处理。探讨不同处理方式对CB/HDPE复合材料的室温电阻率和PTC效应的影响。
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本实验研究N990炭黑高温改性处理,包括高温N2气处理、高温CO2处理、高温水蒸气处理,以及高温KOH活化处理。探讨不同处理方式对CB/HDPE复合材料的室温电阻率和PTC效应的影响。高温改性在950℃自制的管式反应器中进行,制备的炭黑与HDPE熔融复合得到PTC复合材料。实验制备的改性炭黑用SEM、BET、XPS、XRD等手段表征结构和表面性质,在自制的柱塞式装置上评估改性炭黑样品的导电能力,并通过自建的电阻-温度测试系统测得复合材料的PTC曲线。 高温改性炭黑的导电性依热处理和KOH处理、高温水蒸气处理、高温CO2处理而逐步增大,其中CO2处理的炭黑比未处理炭黑的导电能力高出一倍以上。改性炭黑的微观结构分析表明,各种处理方式对炭黑粒子的微晶结构和颗粒大小影响甚微,却明显改变其颗粒表面的氧含量和比表面积,还体现在表面的孔容增多和孔分布变化。进一步研究发现,改性工艺对炭黑导电性影响同它对比表面积的影响趋势相同。 改性工艺对CB/HDPE复合材料的室温电阻率的影响趋势与它对改性炭黑的导电性的影响类似。复合材料的电阻率都随炭黑含量的增加而出现不同程度的逐步下降。相同炭黑含量,不同工艺处理CB/HDPE复合材料的室温电阻率大小的依次是未处理,热处理或KOH处理,水蒸汽处理,CO2处理。 N990炭黑的复合材料容易出现很高的PTC强度,而且其PTC强度随着炭黑填充量的增加有下降的倾向,特别当炭黑填充量高于70%,PTC强度下降很快。CO2处理炭黑复合材料的PTC强度随炭黑填充量增加下降明显,而热处理的却保持在9个数量级的高水平。 总体上,N990炭黑及其改性产物填充HDPE所得复合材料的PTC强度都在6个数量级以上,且NTC强度小。其中通过CO2高温改性处理,可获得1Ω·cm的低室温电阻率和6数量级PTC强度的复合材料,因此本实验方法制得的改性炭黑是一类具有应用前景的PTC复合材料的导电填料。
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