石墨填充多相高分子導(dǎo)電復(fù)合材料電性能研究.pdf

1、高聚物基導(dǎo)電復(fù)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(dá)到過流和過熱保護(hù)的目的。該類材料目前廣泛地適用于電路過載保護(hù)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(dǎo)電復(fù)合材料還有很多需要解決的理論以及應(yīng)用方面的問題，主要問題是多數(shù)導(dǎo)電復(fù)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(diǎn)限制了導(dǎo)電復(fù)合材料的進(jìn)一步工業(yè)化應(yīng)用和推廣，如何降低導(dǎo)電填料填充量并且提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性以及電性能穩(wěn)

2、定性已成為導(dǎo)電復(fù)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(guó)儲(chǔ)存量大，價(jià)格低廉的石墨粉體作為導(dǎo)電填料，利用熔融共混法制備導(dǎo)電復(fù)合材料。重點(diǎn)研究了聚丙烯的引入對(duì)體系的電性能及結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響。詳細(xì)討論了PP相的加入對(duì)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(dǎo)電復(fù)合體系導(dǎo)電機(jī)理和制備工藝。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)室溫電阻率測(cè)試結(jié)果說明

3、：在GP/HDPE體系中加入PP，導(dǎo)電復(fù)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(fù)合體系的電阻率較GP/HDPE下降了1-4個(gè)數(shù)量級(jí)，當(dāng)HDPE/PP=1/1時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)電性能最佳。
　　 (2)SEM觀察發(fā)現(xiàn)：在GP/HDPE導(dǎo)電復(fù)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(dǎo)電復(fù)合體系中，GP分散在體積分?jǐn)?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(dǎo)電復(fù)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(cè)試曲線表明：結(jié)晶度較高的GP/HDPE復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度最大，GP/HDPE/PP復(fù)合體系的最大PTC強(qiáng)度略小于GP/HDPE復(fù)合體系，PTC-NTC轉(zhuǎn)變溫度升高，NTC效應(yīng)得到減弱。
　　 (4)PTC效應(yīng)的穩(wěn)定性測(cè)試表明：以HDPE為基體時(shí)，經(jīng)過三次循環(huán)，材料室溫電阻率下降約1.5個(gè)數(shù)量級(jí)，而且體系的穩(wěn)定

5、性差，不宜長(zhǎng)期應(yīng)用，PTC強(qiáng)度隨熱循環(huán)次數(shù)增加而略有降低。GP/HDPE/PP復(fù)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(fù)合體系的電性能穩(wěn)定性。
　　 (5)加工工藝測(cè)試表明：復(fù)合材料的加工工藝對(duì)導(dǎo)電復(fù)合材料的電性能影響較大，GP/HDPE/PP復(fù)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(shí)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(duì)電性能穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果：在80℃對(duì)試樣進(jìn)行處理時(shí)，整個(gè)復(fù)合體系的室溫電阻率都呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，隨著熱處理時(shí)間的增加，最后趨于平穩(wěn)，GP/PP復(fù)合體系的上升幅度最大；在120℃對(duì)試樣進(jìn)行處理時(shí)，GP/HDPE復(fù)合體系室溫電阻率下降約0.7個(gè)數(shù)量級(jí)，GP/HDPE/PP復(fù)合體系的室溫電阻率下降幅度較小，下降了約0.3