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聚烯烃/石墨PTC复合材料的研究

作　者: 李斌
导　师: 赵文元
学　校: 中国海洋大学
专　业: 应用化学
关键词: 石墨 PTC效应 导电复合材料 自控温 热功率
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


以高分子基体材料和导电添加剂复合构成的聚合物PTC(PositiveTemperature Coefficient)材料具有电阻率随温度升高而增大的特性,在一定的温度范围内,随着温度的升高其电阻率可以迅速增加几个数量级,引起材料科学家的广泛关注并在多个领域获得应用。本论文以PP、HDPE、LDPE为基体材料,并率先采用石墨代替碳黑作为导电填充材料制作成功了具有明显PTC效应的高分子复合导电材料。在系统研究了材料配比、加工工艺对材料PTC强度、电阻转变温度及转变规律的影响后;实验结果证明,采用具有一定粒径的石墨颗粒作为导电添加剂构成的HDPE/石墨和石墨/LDPE体系具有非常明显的PTC效应和电热性能,是理想的新型自控温加热导电材料。 实验结果表明,LDPE/石墨体系在40℃-110℃温度范围内,产生PTC效应,材料的电阻率提高可达5个数量级以上。起始阶段,PTC效应随着温度的提高逐步增大,一般在80℃左右时达到最大值。当材料温度接近其熔点(115℃)时出现NTC效应。其电阻率温度敏感范围随着石墨含量的不同有所不同,基本上随着石墨含量的提高,敏感起始温度也随之提高,其变化规律与材料的玻璃化转变温度相一致。由于材料比重的影响,相对于碳黑导电添加剂体系,获得同样的PTC效应一般需要更高的石墨含量,一般含量超过30%才可以获得明显PTC效应;石墨含量达到35%时可以获得最大PTC效应。从材料制备的重复性和稳定性考虑,退火处理是高分子PTC材料的重要工艺之一,实验结果证明,在基体材料接近熔融态时比较合适。经过退火处理后,一般低温时电阻率会有一定程度的提高。考虑到导电添加剂的界面性质的重要性,对石墨粉体材料进行预处理是必要的,特别是经过有机溶剂清洗后,可以有效降低高分子PTC材料的低温电阻率,一般可以降低一个数量级左右。 而对于HDPE/石墨体系来说,由于其基体材料的结晶度和熔点均高于LDPE,故PTC效应敏感范围出现在90℃—130℃范围内,材料的电阻率变化也可以达到5个数量级。在100℃之前,PTC系数增加较缓慢,105℃之后快速提高,在130℃之后迅速转变成NTC效应。相对于石墨/LDPE体系,在较低石墨含量时就可以获得明显PTC效应,如HDPE/石墨体系在含25%左右石墨时就可获得最大的PTC

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章 绪论  11-27
  前言  11-12
  1．1 高分子复合导电材料PTC效应的定义  12-13
  1．2 高分子复合导电材料 PTC效应的经典理论  13-16
    1．2．1 高分子复合导电材料的导电机理  13-14
    1．2．2 高分子复合导电材料的PTC效应产生机制  14-16
  1．3 高分子复合导电材料 PTC性能的影响因素  16-19
    1．3．1 聚合物基体的影响  16-19
  1．4 改善高分子复合导电材料 PTC稳定性的方法  19-20
    1．4．1 采用对基体高分子进行交联  19-20
    1．4．2 对高分子基体进行改性  20
  1．5 高分子 PTC材料的应用  20-23
  1．6 发展趋势和最新研究开发进展  23-24
  1．7 论文的主要研究内容  24-27
第二章 高分子复合导电材料的制备及PTC性能研究  27-44
  2．1 LDPE/石墨复合体系的制备及其PTC效应研究  27-32
    2．1．1 原料及仪器设备  27-28
    2．1．2 实验过程  28
    2．1．3 结果与讨论  28-31
    2．1．4 本章小结  31-32
  2．2 HDPE/石墨体系的制备及其PTC效应研究  32-35
    2．2．1 原料及仪器设备  32
    2．2．2 试验过程  32-33
    2．2．3 结果与讨论  33-34
    2．2．4 本章小结  34-35
  2．3 均聚PP/石墨体系的制备及其PTC效应研究  35-38
    2．3．1 原料及仪器设备  35
    2．3．2 试验过程  35-36
    2．3．3 结果与讨论  36-37
    2．3．4 本章小结  37-38
  2．4 对于填料选择的研究  38-40
    2．4．1 不同粒度石墨对 LDPE/石墨体系 PTC效应的影响  38-39
    2．4．2 两种不同粒度的石墨对 HDPE/石墨复合体系 PTC效应的影响  39
    2．4．3 结果与讨论  39-40
    2．4．4 本章小结  40
  2．5 加工工艺条件研究  40-44
    2．5．1 对于退火温度对于 LDPE/石墨体系电学性能影响的研究  40-42
    2．5．2 混炼时间对于 LDPE/石墨复合体系电学性能的影响研究  42-43
    2．5．3 本章小结  43-44
第三章 高分子导电复合PTC材料发热功率及控温特性的测定  44-55
  3．1 发热功率的测定  44-50
    3．1．1 简介  44
    3．1．2 原材料及仪器  44
    3．1．3 试验过程  44-49
    3．1．4 本章小结  49-50
  3．2 材料的表征部分  50-55
    3．2．1 仪器设备  50
    3．2．2 显微镜表征部分  50-52
    3．2．3 基体材料及复合材料的热性能分析  52-54
    3．2．4 本章小结  54-55
总结论  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-59
附录  59-64

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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