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聚氨酯PTC涂层的制备研究

作　者: 胡慧荣
导　师: 王勇；熊传溪
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: 聚氨酯(PU) 有机晶体导电涂料炭黑 PTC效应
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本文在查阅大量国内外有关聚合物／CBPTC导电复合材料文献资料的基础上，提出向无PTC效应的非结晶性聚氨酯(PU)涂料基体中加入有机晶体以获得具有PTC效应的涂料的设想。考虑导电体的价格、分散性、填充量以及对材料性能的影响，本文选用了炭黑N550作为导电功能体。本文首先研究了聚氨酯的固化反应。用X射线衍射(XRD)对晶体A、晶体B、晶体C、晶体D的结构进行了表征，发现晶体A、晶体D为单斜晶。用红外(IR)对固化后聚氨酯结构进行表征，结果表明晶体A与晶体D和聚氨酯发生了化学结合。本文还研究了炭黑含量对聚氨酯／炭黑复合体系导电性的影响。用SEM测试技术研究了体系的微观结构。结果表明：随着CB含量的增加，体系的室温电阻率下降9个数量级，渗流阈值在19％左右。SEM照片显示，未改性的CB在聚氨酯基体中分散均匀。本文重点研究了有机晶体对聚氨酯／炭黑复合体系的电性能的影响，并用SEM、XRD、DSC等测试方法对体系结构和热性能进行了表征。实验结果表明，加入晶体B、晶体C的聚氨酯／CB复合体系不具有PTC效应，但体系的电阻率随晶体含量的增加而增大；加入晶体A和晶体D的复合体系具有明显的PTC效应，且PTC强度达1～3个数量级。IR证明晶体A与晶体D和聚氨酯发生了化学结合；XRD说明非晶的聚氨酯转变为了部分结晶的聚氨酯。这说明只有参加化学反应的晶体才具有明显的PTC效应，简单添加型的晶体由于体系界面缺陷较大，不产生PTC效应。用DSC测试结果表明，聚氨酯／炭黑／有机晶体复合体系的PTC开关温度与有机晶体的熔点基本一致，可以通过控制加入的有机晶体的熔点来控制复合体系的PTC开关温度。

全文目录

中文摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第一章绪论  7-19
  1.1 高分子PTC材料的简介  7-12
    1.1.1 高分子PTC材料的导电机理#l  7-10
    1.1.2 高分子PTC材料的PTC效应机理  10-12
      1.1.2.1 导电链与热膨胀理论  10
      1.1.2.2 隧道导电模型  10-11
      1.1.2.3 聚集态结构变化及炭粒迁移模型  11
      1.1.2.4 欧姆导电理论  11
      1.1.2.5 应力理论  11-12
  1.2 影响高分子PTC复合材料PTC性能的主要因素  12-15
    1.2.1 导电功能体的影响  12-13
    1.2.2 基体材料的影响  13
    1.2.3 加工、工艺条件和配合剂的影响  13-15
      1.2.3.1 制备方法、成型工艺对材料PTC性能的影响  14
      1.2.3.2 后处理工艺材料对PTC性能的影响  14-15
  1.3 提高材料PTC性能稳定性的方法  15-16
    1.3.1 炭黑表面改性  15-16
    1.3.2 聚合物基体改性  16
  1.4 本文研究目的和意义  16-18
  1.5 本文研究内容  18-19
第二章聚氨酯的固化  19-33
  2.1 聚氨酯的结构与性质  19-22
    2.1.1 聚氨酯的结构  19-21
    2.1.2 聚氨酯涂料的性质  21-22
  2.2 聚氨酯固化反应机理  22-23
  2.3 聚氨酯固化的研究  23-32
    2.3.1 实验部分  23-24
      2.3.1.1 材料、试样及测试仪器  23
      2.3.1.2 试样测试  23-24
    2.3.2 炭黑对聚氨酯固化时间的影响  24-27
      2.3.2.1 炭黑的基本性质  24-26
      2.3.2.2 炭黑含量对聚氨酯固化时间的影响  26-27
    2.3.3 有机晶体对聚氨酯固化时间的影响  27-32
      2.3.3.1 有机晶体的基本参数  27-28
      2.3.3.2 有机晶体的含量对聚氨酯固化时间的影响  28-30
      2.3.3.3 加入晶体A体系的红外分析  30-32
  2.4 小结  32-33
第三章 PU／CB复合体系导电性能的研究  33-39
  3.1 实验部分  33-35
    3.1.1 实验原料  33
    3.1.2 实验设备及型号  33
    3.1.3 实验步骤  33-35
      3.1.3.1 电极的制备  33-34
      3.1.3.2 炭黑的预处理及改性  34
      3.1.3.3 涂料性能的测试  34-35
  3.2 结果及讨论  35-38
    3.2.1 炭黑改性对聚氨酯／炭黑复合材料结构的影响  35-37
    3.2.2 炭黑含量对体系导电性能的影响  37-38
  3.3 小结  38-39
第四章低分子量有机晶体对PU／CB系复合材料结构和性能的影响  39-52
  4.1 实验部分  39-40
    4.1.1 实验原料、设备及制样  39-40
      4.1.1.1 实验原料  39
      4.1.1.2 实验设备  39
      4.1.1.3 制样  39-40
    4.1.2 试样测试  40
  4.2 结果与讨论  40-51
    4.2.1 复合体系的XRD分析  40-43
    4.2.2 有机晶体对复合体系导电性能的影响  43-45
    4.2.3 有机晶体对复合体系的电阻率-温度特性的影响  45-47
    4.2.4 复合体系的SEM分析  47-48
    4.2.5 复合体系的DSC分析  48-51
  4.3 小结  51-52
第五章结论  52-53
参考文献  53-57
附录: 硕士期间发表的论文  57-58
致谢  58

聚氨酯PTC涂层的制备研究

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