聚偏氟乙烯基導電復合材料的PTC性能研究.pdf

1、PTC(PositiveTemperatureCoefficient)材料是指正溫度系數材料,其特性為電阻率隨溫度的升高而增大。根據基體材料的不同,目前使用的PTC材料主要分為陶瓷基和聚合物基兩種類型。聚合物基PTC材料是以有機聚合物為基體,添加無機導電填料而成的一種復合材料。由于聚合物基PTC材料綜合了無機填料的導電性和聚合物材料良好的柔韌性和機械加工性能,因此材料具有很好的綜合性能:較低的室溫電阻率、較高的PTC強度、低廉的成本、易

2、于加工成型等。聚偏氟乙烯是熱穩(wěn)定性優(yōu)良的氟塑料,且又易于加工成型,具備很好的柔韌性。因此本文選取聚偏氟乙烯作為基體材料,研究了碳納米管,石墨烯,炭黑等為導電填料的PTC復合材料的制備、PTC性能、柔韌性、熱穩(wěn)定性,制得了PTC強度到達5的低電阻率柔性PTC材料。
　　本論文將圍繞復合材料的室溫電導率、PTC效應、柔韌性、熱穩(wěn)定性等重要指標,選取不同的導電填料與PVDF基體進行試驗,通過宏觀數據對比以及微觀性能分析對PVDF基導電復

3、合材料的PTC性能進行研究與探討。
　　首先研究了碳納米管/聚偏氟乙烯復合材料。發(fā)現多壁碳納米管填充的納米復合材料的電導率隨著碳納米管含量的增加而增大。制備了不同含量碳納米管的復合材料,當碳納米管含量為2.5wt％時,復合材料電導率為0.10,PTC強度為4.0并且具有良好的柔性及熱穩(wěn)定性。為了進一步改善MWCNT/PVDF復合材料的PTC性能,選擇硅烷偶聯劑KH570對復合材料進行改性。實驗發(fā)現,當KH570適量時,材料的電導率

4、有明顯提高;同時,適量KH570改性可以提高材料的PTC強度。并且材料的柔韌性和熱穩(wěn)定性也有一定的改進。
　　同樣作為碳系材料的石墨烯不僅是已知材料中最薄的一種,還非常牢固堅硬;作為單質,它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快。因此作者選擇石墨烯作為導電填料進行復合材料PTC性能研究。研究了GNS/PVDF納米復合膜的PTC性能,柔性,熱穩(wěn)定性。當GNS質量分數達到5.0wt%時,材料室溫電導率為0.384,PTC強度為3.5。且

5、具有良好的柔韌性。但復合材料熱穩(wěn)定性較差。
　　為了進一步提高復合材料PTC效應,同時將CB和MWCNT按一定比例與PVDF共混,制得的復合材料具有低電阻率,高柔性的同時,也提高了PTC強度。當CB與MWCNT含量分別為3wt%和1wt%時,復合材料的PTC強度到達5.0。在該體系復合材料中,當MWCNT和CB共同填充聚合物基體時,二者之間相互作用,產生協同效應,MWCNT和CB會在聚合物基體中形成串式結構。在CB導電填料中加入少