聚乙烯/炭黑导电复合材料的研究

摘要

PTC热敏复合材料因具有良好的温度开关性能、低的室温电阻率及优异的成型加工性能等已广泛用于电子电器、汽车、计算机、医疗器械等诸多领域。本文基于聚乙烯/炭黑复合体系,根据目前研究现状的不足和该领域的发展趋势,通过加入特殊增容剂和两种聚合物并用的方法,以实现该种热敏复合材料顺利与电极复合,并且具有低室温电阻率和高的PTC强度。 本文主要研究了线性低密度聚乙烯/炭黑(LLDPE/CB)、高密度聚乙烯/炭黑(HDPE/CB)、线型低密度聚乙烯/高密度聚乙烯/炭黑(LLDPE/HDPE/CB)三种导电复合体系。在LLDPE/CB体系中,通过加入增容剂MGH01进行增容改性,来改善炭黑在材料中的分散效果。SEM测试表明,添加了增容剂的复合体系炭黑分布均匀,而且导电性能较好、剥离强度较高。研究了最佳的增容剂用量,认为增容剂加入量为10％时候效果最佳。通过DSC测试进一步分析了复合材料导电的机理,认为PTC效应是热膨胀和晶体熔融共同作用的结果。另外,探索了HDPE/CB体系的导电性能和力学性能,认为HDPE/CB体系的导电性能比LLDPE/CB好,但是其力学性能较差限制了复合材料的实际应用。最后,采用LLDPE与HDPE共用的方法,研究了LLDPE/HDPE/CB复合体系中两种聚合物共混比对体系室温电阻率和PTC强度的影响。认为LLDPE/HDPE比率为7/3时综合性能较好,同时还发现LLDPE和HDPE共用的复合体系PTC强度与LLDPE/CB和HDPE/CB两种单相体系相比有了显著提高；同时发现共混比为7/3的LLDPE/HDPE/CB复合体系中的渗滤阀值在17％左右,PTC强度最大值为4.5左右,复合体系的力学性能表明韧性有了较大的提高,与HDPE/CB体系相比提高了原来的一半以上；炭黑含量在渗滤阀值附近时复合体系的熔体流动速率保持在1.0g/10min左右；通过DSC算出材料的结晶度在20％左右,单一的熔融峰证实了LLDPE与HDPE可形成共晶结构。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1高分子PTC材料概述

1.1.1高分子PTC材料的发展

1.1.2高分子PTC材料的分类

1.1.3高分子PTC材料的性质

1.1.4高分子PTC材料的优势

1.1.5高分子PTC材料的相关概念

1.2高分子PTC材料导电理论

1.2.1导电链的电子传输机制

1.2.2导电网链和热膨胀理论

1.2.3隧道效应学说

1.2.4炭粒聚集态结构变化及迁移机理模型

1.2.5欧姆导电理论

1.2.6其他理论

1.3高分子PTC材料性能的影响因素

1.3.1导电填料

1.3.2基体的影响

1.3.3炭黑在基体中分散效果的影响

1.3.4材料与电极粘接性的影响

1.3.5其它影响

1.4高分子PTC材料的应用

1.4.1高分子基PTC材料在自控温加热系统中的应用

1.4.2作为电路保护元件使用

1.4.3其他应用

1.5论文的主要研究内容和创新性

第二章 LLDPE/CB导电复合材料的研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1原料

2.2.2实验设备

2.2.3复合材料的制备

2.2.4测试方法

2.3结果与讨论

2.3.1增容剂种类对LLDPE/CB材料效果的影响

2.3.2增容剂含量对LLDPE/CB材料效果的影响

2.3.3马来酸酐接枝改性树脂对炭黑在材料中的分散效果的影响

2.3.4 LLDPE/CB复合材料的剥离强度、熔体流动速率的变化

2.3.5抗氧剂对复合体系的影响

2.3.6混炼工艺的影响

2.3.7炭黑含量对LLDPE/CB复合材料导电性能的影响

2.3.8炭黑含量对LLDPE/CB复合材料PTC特性的影响

2.3.9复合材料的DSC分析

2.4本章小结

第三章HDPE/CB导电复合材料的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1原料

3.2.2实验设备

3.2.3复合材料的制备

3.2.4测试方法

3.3结果与讨论

3.3.1炭黑含量对复合材料导电性能的影响

3.3.2炭黑含量对复合材料阻温特性的影响

3.3.3炭黑含量对复合材料力学性能的影响

3.3.4复合材料的DSC分析

3.4本章小结

第四章LLDPE/HDPE/CB导电复合材料的研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1原料

4.2.2实验设备

4.2.3复合材料的制备

4.2.4测试方法

4.3结果与讨论

4.3.1基体树脂配比对复合材料导电性能的影响

4.3.2基体树脂配比对复合材料阻温特性的影响

4.3.3炭黑含量对复合材料导电性能的影响

4.3.4炭黑含量对复合材料阻温特性的影响

4.3.5炭黑含量对复合材料力学性能的影响

4.3.6复合材料的DSC分析

4.4本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢