镀镍炭黑/功能化纳米碳管/高密度聚乙烯复合材料正温度系数效应研究

论文摘要

本研究主要针对炭黑（carbon black, Cb）/高密度聚乙烯（PE）,镀Ni炭黑（nickel plated carbon black, Cbp）/PE, Cbp/功能化纳米碳管（functionalized carbon nanotubes, Ctf）/PE样品的正温度系数（positive temperature coefficient, PTC）效应做了一系列探讨。其中,镀Ni采用化学镀方法,功能化纳米碳管由马来酸酐接枝聚乙烯（maleic anhydride grafted polyethylene, PEgMAH）分子接枝在改性纳米碳管（modified carbon nanotubes, Ctm）上。研究发现,PEZ/Cbxy样品在室温下的体积电阻率（volume resistivity, p）数值随其Cb含量增加而明显减少,且具有明显的PTC效应；特别当Cb含量达到25wt%以上时,PEZ/Cbxy样品的p数值（≦102Ω·cm）已符合PTC无熔丝复材产品要求。同时发现,PEZ/Cbxy样品的p数值与PTC强度均会随着Cb粒径的增加而增加。另一方面,相较于PE75/Cba25样品,由经镀Ni处理的Cb所制备的ol0-al-p-25’PE75/Cbao10-a5-p-25和PE75/Cbao10-a10-p25样品的p数值均有明显的减少,且随其内镀Ni含量增加而逐渐下降。而相较于PE75/Cbao10-al-p-25样品,o10-al-p-23/CtfD.5-2, PE7s/Cbao10-al-p-23/Ctf1-2 o10-al-p-23/Ctf5-2和o10-al-p-23/Ctf10-2样品的p数值明显较小且随其内PEgMAH/Ctm质量比达1时达一最小值。为了解上述有趣的现象,本研究对Cb, Cbp, Ct, Ctf样品的红外光谱,表面形态,比表面积,表面元素及Cb/PE, Cbp/PE, Cbp/Ctf/PE样品的横截断面形态和PTC效应进行了探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一部分 绪论
• 第二部分 文献综述
• 2.1 高分子导电复合材料
• 2.2 高分子PTC材料的导电机制
• 2.2.1 有效介质理论
• 2.2.2 渗透理论
• 2.2.3 量子穿隧效应（Quantum Tunneling Effect）
• 2.3 高分子PTC材料的影响因素
• 2.4 导电填充物
• 2.4.1 炭黑的结构与性质
• 2.4.2 炭黑性质对其PTC材料导电性能的影响
• 2.5 高分子基材
• 2.6 高分子TPC复合材料加工工艺
• 2.7 本课题的研究意义与目的
• 第三部分 实验部分
• 3.1 实验原料及仪器
• 3.2 实验样品制备
• 3.2.1 镀镍Cb的制备
• 3.2.2 功能化Ct的制备
• 3.2.3 共混复合材料的制备
• 3.3 实验样品的性能测试及表征
• 3.3.1 Cb和Ct的红外光谱测试
• 3.3.2 Cb和Ct的表面形态分析
• 3.3.3 Cb的粒度测试分析
• 3.3.4 Cb的表面元素分析
• 3.3.5 共混复合材料的横截断面形态分析
• 3.3.6 共混复合材料的导电性能及正温度效应测试
• 第四部分 结果与讨论
• 4.1 炭黑和纳米碳管系列样品的红外光谱分析
• 4.2 炭黑和纳米碳管系列样品的表面形态分析
• 4.3 炭黑系列样品的比表面积分析
• 4.4 镀镍炭黑样品元素分析
• 4.5 复材样品的形态分析
• 4.6 复合材料样品的导电性能分析
• 第五部分 结论
• 参考文献
• 致谢