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环氧树脂/石墨微片复合导电材料的研究

翁建新  
【摘要】:本论文对环氧树脂/石墨微片复合导电材料的制备规律和导电特性进行了研究。由超声波粉碎膨胀石墨制得纳米级石墨微片,将石墨微片分散于环氧树脂基体中,制备了环氧树脂/石墨微片复合导电材料。论文中,研究了石墨微片在环氧树脂基体中的分散工艺,探讨了固化体系等条件对复合材料导电性的影响规律,以及复合材料的渗滤曲线,并且对环氧树脂/石墨微片复合材料的三个导电特性进行了详细的研究。 由于稀释剂不利于环氧树脂复合材料获得较低的电阻率和较好的结构性能,而在电热恒温箱中使环氧树脂升温降低粘度以分散石墨微片,而避免使用稀释剂。通过十五种固化剂的实验,发现乙二胺、二氨基二苯基砜、二氰二胺(以硫脲为促进剂)能比其它固化剂获得较低电阻率的环氧树脂/石墨微片复合材料。在对这三个复合体系进行详细的研究后,发现使复合材料获得最低电阻率的最佳固化剂用量和最佳固化条件。综合三个复合体系的渗滤曲线,渗滤区石墨含量为2%(或1%)-5%,相应的电阻率为10~(12)(或10~(11))Q.cm—10~4(或10~5)Q.cm,比普通石墨所需含量低得多,经过分析,发现径厚比较大是石墨微片所须添加量较少的原因。随着石墨含量的增加,环氧树脂/石墨微片复合材料的力学性能不断地降低,但即使在较高的石墨含量下,复合材料仍能保持一定的力学性能。 本论文发现和研究了环氧树脂/石墨微片复合材料的三个导电特性。(1) 环氧树脂/石墨微片复合材料具有PTC效应,PTC效应的临界电流值与材料的通电电压和散热条件有关。电压不同则材料发生PTC效应时的最终温度不同,电压越高则材料的最终温度越高。根据PTC效应实验结果,本论文探讨了PTC效应电热平衡态规律,电热平衡关系式为UI_t=KA(t-t_环)。(2) 环氧树脂/石墨微片复合材料具有非欧姆特性,随着电压的增大,电阻不断降低。根据实验结果,本论文建立了非欧姆特性关系式R=R_0(V/V_0))~(-0.15lgρ_0)。(3) 环氧树脂/石墨微片复合材料随通电或不通电历程电阻率有所变化,通电后材料电阻率有所降低,如果不通电,电阻率又会缓慢回升。根据实验结果,本论文提出了可逆介电击穿理论模型。可逆介电击穿是非均相复合导电材料中导电部分和非导电部分在电流作用下的一种平衡关系,是可逆的轻度介电击穿。


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