论文部分内容阅读
PTC(Positive Temperature Coefficient)材料是指正温度系数材料，其特性为电阻率随温度的升高而增大。根据基体材料的不同，目前使用的PTC材料主要分为陶瓷基和聚合物基两种类型。聚合物基PTC材料是以有机聚合物为基体，添加无机导电填料而成的一种复合材料。由于聚合物基PTC材料综合了无机填料的导电性和聚合物材料良好的柔韧性和机械加工性能，因此材料具有很好的综合性能：较低的室温电阻率、较高的PTC强度、低廉的成本、易于加工成型等。聚偏氟乙烯是热稳定性优良的氟塑料，且又易于加工成型，具备很好的柔韧性。因此本文选取聚偏氟乙烯作为基体材料，研究了碳纳米管，石墨烯，炭黑等为导电填料的PTC复合材料的制备、PTC性能、柔韧性、热稳定性，制得了PTC强度到达5的低电阻率柔性PTC材料。本论文将围绕复合材料的室温电导率、PTC效应、柔韧性、热稳定性等重要指标，选取不同的导电填料与PVDF基体进行试验，通过宏观数据对比以及微观性能分析对PVDF基导电复合材料的PTC性能进行研究与探讨。首先研究了碳纳米管/聚偏氟乙烯复合材料。发现多壁碳纳米管填充的纳米复合材料的电导率随着碳纳米管含量的增加而增大。制备了不同含量碳纳米管的复合材料，当碳纳米管含量为2.5wt％时，复合材料电导率为0.10，PTC强度为4.0并且具有良好的柔性及热稳定性。为了进一步改善MWCNT/PVDF复合材料的PTC性能，选择硅烷偶联剂KH570对复合材料进行改性。实验发现，当KH570适量时，材料的电导率有明显提高；同时,适量KH570改性可以提高材料的PTC强度。并且材料的柔韧性和热稳定性也有一定的改进。同样作为碳系材料的石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。因此作者选择石墨烯作为导电填料进行复合材料PTC性能研究。研究了GNS/PVDF纳米复合膜的PTC性能，柔性，热稳定性。当GNS质量分数达到5.0wt%时，材料室温电导率为0.384，PTC强度为3.5。且具有良好的柔韧性。但复合材料热稳定性较差。为了进一步提高复合材料PTC效应，同时将CB和MWCNT按一定比例与PVDF共混，制得的复合材料具有低电阻率，高柔性的同时，也提高了PTC强度。当CB与MWCNT含量分别为3wt%和1wt%时，复合材料的PTC强度到达5.0。在该体系复合材料中，当MWCNT和CB共同填充聚合物基体时，二者之间相互作用，产生协同效应，MWCNT和CB会在聚合物基体中形成串式结构。在CB导电填料中加入少量的MWCNT，CB提供近程导电，而MWCNT提供远程导电作用，这样就有利于整个导电体系的形成，从而提升聚合物基体的导电性，在破坏MWCNT形成的长程导电网络的同时，需要较大的体积膨胀，在一定程度上提高复合材料的PTC强度。降低了Negative Temperature Coefficient(NTC)效应。