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基于HDPE/CB PTC复合材料的研究

易回阳  
【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。这种热敏材料,在国民经济的许多领域中可得到广泛的应用。本文研究了以高密度聚乙烯(HDPE)/碳黑(CB)为主体的PTC 复合材料的组成、模压成型工艺条件、辅助添加剂的加入等因数对复合材料的室温电阻和PTC强度的影响,制得了PTC 强度为8 以上、性能稳定的复合材料样品。 复合材料的组成决定了其性能,本文研究了HDPE/CB 复合材料体系中各基本组成对复合材料室温电阻率的影响。要得到比较小的室温电阻率,体系的基本组成是CB 为43~48wt%,润滑剂硬脂酸锌8wt%左右,交联剂过氧化二异丙苯1wt%,阻燃剂氢氧化铝5~17wt%为宜,而抗氧剂246 以1.5~3wt%为好。 复合材料成型工艺是影响复合材料导电性能和PTC 强度的一个重要方面。研究了模压成型过程中模压温度、模压时间、模压压力以及冷却时间四个因素对样品性能的影响。用正交分析方法发现模压温度、模压时间和冷却时间对电阻率影响比较大,模压压力对样品的室温电阻率影响小; 模压压力、模压温度、模压时间对样品的PTC 强度影响不大,而模压后的冷却时间却对样品的PTC 强度影响较大。要得到室温电阻率小、PTC 强度大的HDPE/CB 复合材料,最佳的模压条件是:模压压力8MPa,模压温度155℃,模压时间15 分钟,冷却时间40 分钟,此时复合材料的PTC强度为8.41,几乎没有产生NTC 现象。复合材料循环使用后电阻的重复性好,PTC强度稳定。 在HDPE/CB 复合材料中加入适量的EVA,可以使HDPE-EVA/CB 复合材料的特征转变温度由131℃降低到122℃。在EVA 含量小于27.6wt%时,HDPE-EVA/CB复合材料体系的PTC 强度大于7,NTC 强度都小于0.5,经过加热-冷却循环后复合材料的PTC 性能稳定,电阻率重复性较好。


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