石墨填充多相高分子導電復合材料電性能研究.pdf

1、高聚物基導電復合材料可以在高溫條件下減小甚至切斷電流，起到自主控溫作用或者達到過流和過熱保護的目的。該類材料目前廣泛地適用于電路過載保護器件、自限溫材料、壓敏傳感器以及電磁屏蔽材料等。但是目前的導電復合材料還有很多需要解決的理論以及應用方面的問題，主要問題是多數(shù)導電復合材料的室溫電阻率和滲流閾值都比較高，且電性能穩(wěn)定性差。這些存在的缺點限制了導電復合材料的進一步工業(yè)化應用和推廣，如何降低導電填料填充量并且提高復合材料的導電性以及電性能穩(wěn)

2、定性已成為導電復合材料研究的主要方向。
　　 本論文以聚丙烯(PP)和高密度聚乙烯(HDPE)為基體，選用我國儲存量大，價格低廉的石墨粉體作為導電填料，利用熔融共混法制備導電復合材料。重點研究了聚丙烯的引入對體系的電性能及結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響。詳細討論了PP相的加入對石墨粒子的分散狀況、室溫電阻率、阻溫特性以及電性能穩(wěn)定性的影響，探討了雙基體導電復合體系導電機理和制備工藝。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)室溫電阻率測試結(jié)果說明

3、：在GP/HDPE體系中加入PP，導電復合材料的室溫電阻率顯著下降。在同等石墨填充量下，GP/HDPE/PP復合體系的電阻率較GP/HDPE下降了1-4個數(shù)量級，當HDPE/PP=1/1時，復合材料的導電性能最佳。
　　 (2)SEM觀察發(fā)現(xiàn)：在GP/HDPE導電復合體系中，石墨粒子均勻分散在HDPE基體中，許多地方?jīng)]有出現(xiàn)連續(xù)性分布。在GP/HDPE/PP導電復合體系中，GP分散在體積分數(shù)較大的相(HDPE相)，另一相中(PP

4、相)則較少有石墨填料分布，導電復合體系中HDPE與PP出現(xiàn)雙連續(xù)相分布，形成雙滲流結(jié)構(gòu)。
　　 (3)阻溫特性測試曲線表明：結(jié)晶度較高的GP/HDPE復合材料的PTC強度最大，GP/HDPE/PP復合體系的最大PTC強度略小于GP/HDPE復合體系，PTC-NTC轉(zhuǎn)變溫度升高，NTC效應得到減弱。
　　 (4)PTC效應的穩(wěn)定性測試表明：以HDPE為基體時，經(jīng)過三次循環(huán)，材料室溫電阻率下降約1.5個數(shù)量級，而且體系的穩(wěn)定

5、性差，不宜長期應用，PTC強度隨熱循環(huán)次數(shù)增加而略有降低。GP/HDPE/PP復合體系的室溫電阻率下降較小且具有良好電性能穩(wěn)定性。經(jīng)過氧化處理的石墨填料填充HDPE/PP混合基體的熱循環(huán)穩(wěn)定性提高，成核劑的添加提高了復合體系的電性能穩(wěn)定性。
　　 (5)加工工藝測試表明：復合材料的加工工藝對導電復合材料的電性能影響較大，GP/HDPE/PP復合材料的最佳熔融溫度是180-190℃；確定一定攪拌速率情況下，最佳混煉時間是5min左

6、右；最佳混煉順序是(GP+HPDE)+PP；經(jīng)過緩慢冷卻處理的試樣的室溫電阻率要低于空氣冷卻的試樣。
　　 (6)熱處理對電性能穩(wěn)定性測試結(jié)果：在80℃對試樣進行處理時，整個復合體系的室溫電阻率都呈現(xiàn)出上升趨勢，隨著熱處理時間的增加，最后趨于平穩(wěn)，GP/PP復合體系的上升幅度最大；在120℃對試樣進行處理時，GP/HDPE復合體系室溫電阻率下降約0.7個數(shù)量級，GP/HDPE/PP復合體系的室溫電阻率下降幅度較小，下降了約0.3