聚乙烯基复合材料的制备及PTC性能研究

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聚合物基PTC复合材料是一种新型导电热敏材料,因其独特的电学特性、易加工性、及成本低廉等,具有重要的理论研究意义和应用价值。目前,已广泛应用于制作自控温加热系统、电传感器等,但仍存在一些不足有待解决,如复合材料的PTC强度低,室温电阻率较高,PTC效应热稳定性和重复性差等。基于以上原因,本论文以两种聚合物低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)为基体,以价格低廉的石墨作为导电填料,采用熔融共混法制备三元LDPE-HDPE-石墨PTC复合材料,通过DSC、XRD、SEM、ZC36型高阻计等对LDPE-HDPE-石墨PTC复合物的结晶性能、形态结构及PTC性能进行了研究。并通过改变热处理方式来研究复合材料的PTC特性,进一步理解热处理对PTC特性的影响。本文主要研究内容如下:  1、以石墨为填充粒子,以HDPE和LDPE为基体材料,采用熔融共混的方法,制备三元LDPE-HDPE-石墨基PTC复合材料。石墨含量不变(40%),LDPE与HDPE的比值改变,标记为:M1(20/80),M2(30/70),M3(40/60),M4(50/50),M5(60/40),M6(70/30),M7(80/20)。通过复合材料的电阻率的测试,发现LDPE与HDPE的比值为M4(50/50)时,LDPE-HDPE-石墨复合材料的PTC效应最佳,PTC强度最大为3.5个数量级。同时测量了M4不同循环次数下的PTC特性,研究LDPE-HDPE-石墨复合材料的PTC特性的热稳定性。  2、为提高复合材料的PTC特性,改善其稳定性,研究了M4样品不同热处理温度、不同热处理时间对该复合材料PTC特性的影响。结果显示,通过DSC和PTC测试,最佳热处理条件为60℃下热处理3h后在烘箱中断电缓慢冷却至室温,此时该复合材料LM15的结晶度为24.62%; PTC效应最强,达到4.5个数量级。较未经热处理的M4,提高了1个数量级;室温电阻率对数值为6.62,比未经热处理的M4降低了近1.5个数量级。此外,该复合材料的热处理对出现PTC特性的重复性影响进行了研究。  3、采用LDPE/HDPE比值为50/50,复合材料的PTC效应最佳。以此为例,基底LDPE/HDPE(50/50)不变,石墨含量改变(H1(35%),H2(40%),H3(45%),H4(50%))采用熔融共混制各了三元LDPE-HDPE-石墨PTC复合材料。结果显示,石墨含量为45%(H3),复合材料的PTC效应最佳,PTC强度最大达到3.8个数量级。同时,也研究了该复合物的热稳定性及重复性。  4、为研究热处理对LDPE-HDPE(50/50)-石墨PTC复合材料PTC特性的影响,对样品H3进行了不同热处理。结果显示:样品H3在50℃下热处理3h,随后断电,在烘箱中缓慢冷却至室温,热处理样品LH11的结晶度为24.79%,PTC强度最大,有4.6个数量级的变化。与未热处理的H3相比,PTC强度提高了0.8个数量级,室温电阻率对数值(6.36)比未经热处理的H3降低了1.5个数量级。  综上所述,经热处理,LDPE-HDPE-石墨复合材料表现出良好的结晶性能以及PTC性能。
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