【摘 要】
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在聚合物基体中填充一定量的导电粒子(如炭黑、石墨、金属氧化物),可以制成具有正温度系数(PTC)电阻效应的导电复合材料。复合材料的电阻率随着温度的升高而增加,当温度升高
【出 处】
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浙江大学材料与化学工程学院 浙江大学
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在聚合物基体中填充一定量的导电粒子(如炭黑、石墨、金属氧化物),可以制成具有正温度系数(PTC)电阻效应的导电复合材料。复合材料的电阻率随着温度的升高而增加,当温度升高到聚合物树脂的熔点附近时,电阻率急剧增大,呈现出明显的PTC效应;本文以体积膨胀为中心变量进行一系列实验,考察了在温度作用下复合材料的体积膨胀、熔融与PTC效应之间的关系,利用理论模型描述和预测聚合物基导电复合材料的PTC效应。由于负温度系数(NTC)电阻效应在很大程度上限制了聚合物基PTC材料的推广应用,因此NTC效应的机理和如何削除NTC效应引起了研究者的浓厚兴趣。本文通过对电阻弛豫和炭黑自团聚的研究来探究导电高分子复合材料的NTC效应机理,并以此探求消除或减弱NTC效应的方法。本文使用有效介质普适方程(GEM方程)对实验数据进行拟合,得到导电复合材料的理论渗流曲线,根据GEM方程和聚合物基体的体积膨胀,建立起一个数学模型。利用此模型对两种导电复合材料的PTC效应进行了预测,实验曲线和预测结果符合较好。理论模型分析与实验结果证实了,随着聚合物基体体积膨胀,只要导电填料的体积分数减小到渗流曲线上的临界体积分数,材料就会产生PTC效应。本文通过对CB/HDPE复合材料在熔融温度下电阻弛豫及炭黑团聚的研究,证实CB的自团聚运动是近程的,并具有热激活的性质。炭黑团聚而形成导电链是NTC效应的重要原因。通过加入添加剂三羟甲基氨基甲烷,减小了炭黑之间的吸附作用,增大了炭黑粒子在高温下自团聚的活化能,从而减弱了复合材料的NTC效应。
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