体积膨胀对聚合物PTC材料导电行为的影响

摘要

自行设计制作电阻-体积膨胀-温度同步测量装置,研究了炭黑(CB)填充聚合物基PTC材料的电阻率随体积膨胀的变化关系,聚合物基体分别为结晶聚合物高密度聚乙烯(HDPE)和非晶聚合物聚苯乙烯(PS).研究结果表明,无论结晶还是非晶聚合物体系,体积膨胀都是引起复合材料PTC效应的重要原因,聚合物基体的热膨胀程度越大,PTC效应也越明显.PTC转变温度与体积膨胀的转变温度非常一致,对于结晶聚合物基体体系,PTC转变温度在基体的熔点附近,而对于非晶聚合物基体体系,PTC转变温度在基体的玻璃化转变温度附近.使用有效介质普适方程(GEM方程)对实验数据进行拟合,得到导电复合村料的理论渗流曲线,根据GEM方程和基体的体积膨胀,建立起一个数学模型.可以利用这个模型,对基体体积膨胀对PTC转变的贡献进行了定量分析,表明PTC转变区的电阻突变与渗流曲线在临界体积分数附近的电阻率突变在导电机制上是相同的.随着聚合物基体的热膨胀,无论是结晶聚合物基体或非晶聚合物基体体系,只要导电填料的体积分数被稀释到临界体积分数以下,复合材料就会产生PTC效应.利用这个数学模型,还对两种PTC材料的阻温曲线进行了预测,与实测结果比较发现,当炭黑含量在渗流阈值附近时,预测值与实测数据吻合很好.

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

前言

1.1聚合物基PTC材料的导电机理

1.2聚合物基PTC材料的导电模型

1.2.1统计渗流模型

1.2.2热力学渗流模型

1.2.3微结构模型

1.2.4有效介质理论

1.3 PTC/NTC效应产生的机制

1.3.1 Kohler的热膨胀理论

1.3.2.Meyer的理论

1.3.3应力模型理论

1.3.4其他观点

1.4影响聚合物基PTC材料性能的因素

1.4.1导电填料

1.4.2聚合物基体

1.4.3加工工艺

1.4.4热处理

第二章研究方案

2.1研究目的和内容

2.2研究方案

第三章实验部分

3.1主要原材料

3.2主要设备及仪器

3.3样品制备

3.4测试

3.4.1电阻_体积_温度的同步测量装置的搭建

3.4.2介质的选择及对试样的影响

3.4.3硅油体积膨胀的标定(空白实验)

3.4.4电阻_体积_温度的同步测量

第四章结果与讨论

4.1基体体积膨胀对聚合物基PTC材料性能的影响

4.1.1不同炭黑含量的CB/HDPE的电阻_体积_温度关系

4.1.2不同炭黑含量的CB/PS的电阻_体积_温度关系

4.1.3升降温循环过程中的电阻率_体积_温度关系

4.2体积膨胀的数学模型

4.2.1理论模型

4.2.2对聚合物基PTC材料基体热膨胀的数学处理

4.2.3体积膨胀的稀释作用

4.2.4 CB/HDPE复合材料电阻率_温度曲线的预测

4.2.5 CB/PS复合材料电阻率_温度曲线的预测

4.2.6理论预测的局限性

结论

参考文献

致谢