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《中国海洋大学》 2008年
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高密度聚乙烯/石墨PTC导电复合材料及制品的研究

孙常志  
【摘要】: PTC (Positive Temperature Coefficient)材料是指电阻具有非线性正温度系数效应的材料,即材料的电阻率在某一定的温度范围内时基本保持不变或仅有微小量的变化,而当温度达到材料的特征转变点温度附近时,材料的电阻率会在很小的温度范围内迅速增大103~109数量级。 本工作选用我国蕴藏量极大,价格低廉的天然石墨材料作为导电添加剂,高密度聚乙烯作为基体,制作出了具有良好PTC效应的导电复合材料,并借助SEM、DTA等多种手段对石墨填充高密度聚乙烯复合体系的PTC效应、导电逾渗转变、机械加工性能进行了详细的研究,并对实验结果作了全面分析。研究了不同结晶度基体树脂、不同石墨含量对HDPE/石墨高分子PTC导电复合材料PTC导电特性的影响,探讨了PTC效应的形成机理,提出了PTC效应产生与基体聚合物结晶行为相关的观点;HDPE/石墨体系在90℃-135℃温度范围内,产生PTC效应,材料的电阻率提高可达6个数量级以上。PTC效应随着温度的提高逐步增大,一般在130℃左右达到最大值。当温度超过熔点时出现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。一般石墨含量在30%可以获得明显PTC效应。首次对石墨粒度的影响进行了较为全面的研究,实验结果说明HDPE/石墨导电复合材料的PTC强度随着石墨粒度的不同而发生变化,由此确定粒度为50μm的石墨作为导电填充物是合适的。 在高分子PTC材料中,由于添加了导电粒子而使复合材料的机械性能大幅度的下降,脆性非常大,直接影响复合材料的应用,要得到良好的功能特性、稳定性,必须使材料要有良好的热稳定性和加工性能,因此需要探讨加入添加剂,在保持PTC强度的前提下来改善复合体系的综合性能。以邻苯二甲酸二辛酯为增塑剂,滑石粉为成核剂,通过正交实验来研究添加剂对复合材料PTC强度的影响,以及对机械性能的改善,优选适当的添加剂配比,制备出了性能优良的PTC导电复合材料。 研究邻苯二甲酸二辛酯,邻苯二甲酸二丁酯,葵二酸二辛酯对复合体系综合性能的影响。实验结果表明通过加入一定量的增塑剂,复合材料的结晶度降低,晶粒细化,石墨的分散比较均匀,复合材料的力学性能得到很大的改善,但是保持了较高的PTC强度。通过加入EPDM(三元乙丙橡胶)来对基体进行改性,探讨了双逾渗行为,同时研究了加入EPDM对PTC效应、NTC效应的影响,混入EPDM以后,由于结晶度的降低,但石墨临界浓度变化不大,这也符合了上述模型,导电通道的完善或加宽速度减慢,故在较宽的石墨含量范围内导电通道都能够被打开,PTC强度曲线增宽。 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,经过合适的退火温度和退火时间处理后,低温电阻率会有一定程度的提高。对石墨粉体进行预处理是必要的,特别是经过有机溶剂清洗后,可以有效的降低高分子PTC材料低温电阻率,一般可以提高一个数量级左右的PTC强度。 我们对HDPE/石墨复合体系进行了比较全面的研究,对石墨粒度,添加剂,材料共混改性和加工工艺等对复合材料的综合性能的影响进行了全面的考察,研究表明HDPE/石墨复合体系比较适宜制作自控温发热器件,具有良好的应用前景。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB332

【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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8 钟雁;新型微纳叠层导电复合材料制备装置及其性能研究[D];北京化工大学;2012年
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