炭黑／聚丙烯／聚碳酸酯复合材料导电性能和PTC特性

以聚丙烯（PP）／聚碳酸酯（PC）共混物为基体,采用不同种类炭黑（CB）填充制备导电复合材料并对其导电性能和PTC特性进行研究。结果表明：在常温时,PP／PC共混基体中PP含量大于40wt％时,材料的电阻率急剧下降;共混比为50：50（wt％）复合材料的电阻率达到最小值。加热时,两者均未出现明显NTC现象,说明PP／PC的共混可以有效的消除NTC效应。但PTC强度仅为1个数量级,远低于PP／CB二元复合材料。CB是影响PTC效应的重要因素之一,达到逾渗值时随着体系CB含量减少PTC效应会增强;乙炔炭黑与炉法CB填充的CB／PP／PC复合材料相比较,前者的体积电阻率较低,而两者的逾渗阈值相近,均为6．6％;乙炔CB为填料的CB／PP／PC三元复合材料的阿C突变温度在140℃附近,以炉法CB为填料时,PTC效应突变点出现在150℃（PC的Tg）附近。DSC分析结果表明,复合材料中PP的结晶度随着CB含量增加呈上升趋势,CB含量为15％时,PP的结晶度为32．75％,对于整个PP／PC／CB体系而言结晶部分的含量较低,因此该体系的PTC效应强度较低。     

导电炭黑填充PP-EAA复合材料的形态及电性能

以聚丙烯(PP) 和乙烯-丙烯酸共聚物( EAA) 的共混物为基体材料, 以导电炭黑为填料, 通过熔融共混的方法制备了导电复合材料。探讨了导电炭黑在两相基体中的分散情况以及聚丙烯结晶度对复合体系导电性能的影响。扫描电镜测试结果表明, 在共混物中炭黑粒子选择性分散在极性EAA 树脂中, 同时EAA 树脂在聚丙烯基体中形成连续网络结构, 从而显著降低了复合体系的渗滤阈值。电性能测试结果表明, 材料在相同导电炭黑含量下的体积电阻率相对于单基体体系有7～8 个数量级的降低, 并且结晶度较高的PP 更有利于降低复合体系的体积电阻率。此外, 炭黑/ PP-EAA 复合材料的拉伸强度相对于炭黑/ PP 体系有所下降, 而断裂伸长率有所提高。      

导电炭黑填充硅橡胶的电阻温度系数

以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备导电复合材料。研究导电橡胶中炭黑质量分数对电阻温度系数的影响,并用填料对电阻温度系数的影响。以隧道效应理论为基础,给出了导电炭黑填充橡胶的电阻温度系数计算模型,结合实验得到温度对导电炭黑/硅橡胶电阻温度系数的影响主要体现在对其电阻率的影响;基体的体积热膨胀提高复合材料的电阻率,提高了正电阻温度系数;炭黑粒子间的隧道效应降低复合材料的电阻率,增强了负电阻温度系数;在炭黑/硅橡胶中加入少量碳纳米管,利用碳纳米管和炭黑的协同补强效应,使复合材料的导电性和稳定性提高。     

熔融酯交换法原位合成炭黑/聚碳酸酯导电复合材料

利用原位聚合法合成具有导电性能的炭黑(CB)/聚碳酸酯(PC)复合材料。在聚合反应过程中, CB与PC在较低黏度下更好地混融, 而且通过负载催化剂连接CB和PC分子, 使CB参与PC链增长过程, 从而使CB有效分散。与传统的熔融共混法相比, 利用原位聚合法制备的CB/PC导电复合材料的渗滤阈值低, 当复合材料的体积电阻率为1.56×10⁶ Ω·mm时, CB的质量分数仅为4.32%。通过SEM观察发现, 原位法得到的样品中CB与PC充分混融, 形成导电网络更充分有效。利用原位聚合法得到的样品的正温度系数(PTC)的对数值达到4.69, 具有作为自控温材料的潜力。     

体积膨胀的稀释作用对聚合物基导电复合材料PTC效应的影响

聚合物基PTC复合材料中,导电填料的体积分数是一个绝缘体-导体的转换开关。理论分析表明,PTC转变区的电阻率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同一的,聚合物基体体积膨胀的稀释作用对PTC效应有重要影响,在一定的温度范围内(小于PTC/NTC的转变温度),存在着定量的炭黑浓度稀释。      

高比表面积炭黑/聚丙烯导电复合材料

研究了高比表面积炭黑(Ketjen black, KB)填充聚丙烯复合材料(KB/PP)的导电性能及体积电阻率-温度特性。结果表明, 当KB填充含量达到0.5%~1.5%(体积分数)时, KB/PP复合材料出现电渗流行为, 表现出优异的室温导电性能。同时, KB/PP复合材料的体积电阻率-温度特性曲线呈现出特殊的负温度系数-正温度系数-负温度系数(NTC-PTC-NTC)三阶段特征, 体积电阻率随温度的上升, 先出现下降产生第一个NTC效应, 然后出现PTC效应及第二个NTC效应。在相对低温范围内, 第一个NTC效应具有良好的稳定性和重复性。KB表面的电子跃迁导电、基体体积膨胀两种效应的叠加是造成KB/PP复合材料出现三阶段特征的原因。     

特殊形态结构导电高分子复合材料的电学性能

先使聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)与炭黑(CB)反应,再与聚丙烯/尼龙6(PP/PA6)共混制备出CB位于两相界面处的PP/PA6/PP-g-MAH/CB导电高分子复合材料,研究了材料的特殊结构和电学性能。结果表明,在PP/PA6/CB体系中CB粒子分布在PA6相,体系的逾渗阈值为2%;而在PP/PA6/PP-g-MAH/CB体系中,CB被PP-g-MAH诱导分布在两相界面处。PP/PA6两相为海岛结构时,PP/PA6/PP-g-MAH/CB体系仍可导电。PP/PA6/PP-g-MAH/CB体系的逾渗阈值降至1.6%,低于PP/PA6/CB体系。体系的正温度效应(PTC)强度远高于PP/PA6/CB体系,在90-135℃范围内不出现负温度效应(NTC)。PP/PA6/PP-g-MAH/CB体系的电学性能归结于其特殊的界面形态结构:导电通道由位于共混物界面处的PP-g-MAH和CB构建而成。     

双组分聚合物基CB-PP/PVDF复合材料导电网络及热敏特性研究

将两种不相混容的半结晶聚合物PP和PVDF以适当体积比和合适工艺与纳米炭黑（CB）复合，所得材料的渗流阈值远远低于CB和单一聚合物复合，且具有很强的PTC效应。结合对材料显微照片的分析，研究了CB在基体中的选择性分布形成的特殊的导电网络及双渗阈结构特点，探讨了双组分聚合物基纳米复合材料渗流阈值大幅降低及PTC效应增强的内部机制。     

CB/CNTs/PP导电高聚物力/温度作用下介电性能的研究

以聚丙烯(PP)为基体,炭黑(CB)和碳纳米管(CNTs)为填料,通过熔融共混、注塑成型制备导电复合材料,测定电场频率、填料种类、填料含量以及温度、载荷等因素对其介电性能的影响。结果表明,室温下,随着填料含量的增加,材料介电常数和介电损耗均呈增大趋势;随着频率的增加(100 Hz～10MHz),介电常数和介电损耗首先迅速降低,然后逐渐趋于稳定;随着CNTs的加入,CB/CNTs/PP导电复合材料的介电常数明显增大,但是当填料含量达到某一定值时,继续增大CNTs的含量,介电常数反而下降;同一频率下,随着温度的升高(30～100℃),由热膨胀引起炭黑粒子间距的变化会导致介电常数减小。复合材料压缩实验表明:压缩载荷作用下,材料发生形变,基体中的CB粒子间相对位置改变,引起介电常数减小。     

炭黑碳纤维填充双组分聚合物体系的导电网络及其阻温特性

以2种不同形态尺寸的导电填料炭黑(CB)、 碳纤维(CF)填充双组分聚合物体系高密度聚乙烯(HDPE)聚丙烯(PP), 制备了四元导电复合材料。研究了导电网络的结构形态及其对材料阻温特性的影响。光学显微镜及SEM 观察表明: 炭黑选择性地分布于HDPE中, 体系中HDPE与PP呈双连续相分布, 形成双渗流导电网络结构。而具有较高长径比的碳纤维在两相基体中均匀分布并贯通多个相区, HDPE导电相区的碳纤维相互桥接形成导电网络。电性能测试结果表明: 体系的体积电阻率与CB/HDPEPP及CBCF/HDPE三元复合体系相比下降了1~5个数量级。同时, 双渗流导电网络的存在也有效抑制了负温度系数(NTC)效应, 提高了循环稳定性。与CBCF/HDPE体系相比, CBCF/HDPEPP体系的NTC效应从2个数量级下降到0.6个数量级, 电阻特征弛豫时间从951s增加到了2370s。      

填充碳纳米管各向同性导电胶的性能

制备了以碳纳米管(CNTs) 和镀银碳纳米管(SCCNTs) 为导电填料的各向同性导电胶, 研究了它们的电学性能、力学性能及抗老化性能, 并与传统的以微米量级的银粒子作为导电填料的导电胶的性能进行比较。研究发现: CNTs 作为导电填料时, 在填料体积分数为31 %时出现体积电阻率的最低值2. 4 ×10-3Ω·cm; 在填料体积分数为23 %时导电胶表现出最好的抗剪切性能。在填料体积分数同为28 %时, 填充SCCNTs 导电胶具有最低的体积电阻率2. 2 ×10-4Ω·cm; 填充CNTs 和SCCNTs 显示出比填充微米量级银粒子导电胶高的抗剪切强度(19. 6 MPa) 。在85 ℃、RH 85 %环境下经过1000h 老化测试结果表明: 填充SCCNTs 或CNTs 导电胶体积电阻率的变化和剪切强度的变化均不超过10 %; 而填充微米量级银粒子导电胶在老化后体积电阻率的变化和抗剪切强度的变化分别达到350 %和120 %。      

三元氯醋树脂/环氧基导电油墨的制备及性能

为提高环氧导电油墨的柔韧性,采用三元氯醋树脂（E15/45M）对环氧树脂E51增韧改性,并以2-乙基-4-甲基咪唑（2E4MI）为固化剂,银包铜粉为导电填料,制备柔性导电油墨。结果表明:导电油墨的体积电阻率随导电填料的用量增加而降低。随2E4MI用量的增加,导电油墨的体积电阻率呈现先降低后增加的趋势,2E4MI与E51的最佳质量比为1∶5。进一步探讨发现导电油墨的最佳固化温度和时间分别为105 ℃和2.5 h。E15/45M不仅可以提高导电油墨的柔韧性,还可以有效降低体积电阻率。随着E15/45M用量增加,E15/45M/E51-2E4MI胶膜的玻璃化转变温度从91.5 ℃降低至58.0 ℃,导电油墨的体积电阻率从27.5×10-4 Ω·cm降低至9.50×10-4 Ω·cm。E51-2E4MI与E15/45M的质量比为50∶50,导电填料用量为70wt%时,导电油墨体积电阻率达到9.57×10-4 Ω·cm,附着力等级为0,涂层反复折叠20次后电阻变化率小于80%。因此采用E15/45M增韧环氧树脂既可以提高导电油墨的柔韧性又可以改善其导电性。      

镀镍碳纤维-碳纤维-玻璃纤维/乙烯基酯树脂导电复合材料的设计制备及其电磁性能

本研究旨在设计制备兼具电和磁功能的新型导电复合材料。采用具有良好导电性的短切碳纤维（CF）与兼具磁性和导电性的短切镀镍碳纤维（Ni-CF）作为功能体,以短切玻璃纤维（GF）作为填料,以乙烯基酯树脂（VER）作为基体,设计制备电磁性能可调控的导电复合材料。分别研究了CF含量对CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率的影响、Ni-CF长度对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率的影响,重点研究了Ni-CF含量对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率和磁导率的影响,并初步探索了导电复合材料的电磁屏蔽性能。结果表明：（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料体积电阻率在0.35~36.48 Ω·cm范围内可调,磁导率在0.2~0.7内可调。CF和Ni-CF的含量和长度都会对（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料电磁性能产生较大影响。制备的（Ni-CF）-CF-GF/VER导电复合材料有望应用于电磁屏蔽领域。     

Cu/ABS复合导电梯度功能材料的制备和性能

借助HAAKE转矩流变仪,采用熔融共混法制备了一系列Cu粉含量不同的Cu/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)复合材料,采用多层叠压法制备了内部Cu粉含量逐渐变化的板状Cu/ABS复合导电梯度功能材料,并对其结构和性能进行了表征。结果表明,所制备导电梯度功能材料的性能与均质复合材料存在很大差异。电性能测试结果显示,随着Cu粉含量沿板材厚度方向的梯度增加,其导电性能发生逾渗转变,体积电阻率从一侧的1016Ω.cm降低到另一侧的105Ω.cm。弯曲性能测试表明,富含ABS树脂的一侧表现出较高的弯曲强度,仅比纯ABS的弯曲强度低6%;而富含填料的另一侧则表现出较高的模量,比纯ABS高约20%。实验证明,将导电复合材料做成梯度结构可以兼顾材料的导电性能和力学性能。     

无机填料对PVC/CPE/CB复合材料导电性能的影响

研究了具有不同粒子形态的无机填料(球形的纳米二氧化硅、片状的滑石粉和纤维状的玻璃纤维),以及不同粒径的碳酸钙(纳米碳酸钙、超细碳酸钙)对聚氯乙烯(PVC)/氯化聚乙烯(CPE)/导电炭黑(CB)复合材料导电性能的影响。电性能测试和扫描电镜形态结构分析结果表明,添加纤维状填料比球形和片状填料更有利于复合材料导电性能的保持;粒径较小的纳米碳酸钙对复合材料的导电性能影响较小。当炭黑含量为12phr时,添加15phr纳米碳酸钙后复合材料的电阻率仅为6.04×106Ω.cm。     

炭黑结构度对HDPE/CB导电复合材料导电网络形成与破坏的影响

采用熔融混合方法制备高密度聚乙烯/炭黑(HDPE/CB)导电复合材料,比较不同结构度CB填充体系的逾渗曲线和温度-电阻行为,并研究了不同含量、不同结构度CB填充的HDPE的结晶行为。实验结果表明,高结构度CB可使填充体系逾渗值显著下降(本研究中可降低为2.7%);低结构度CB填充体系的正温度系数(PTC)效应强度比高结构度CB填充体系高出约3;降温过程中,温度-电阻率曲线上出现电阻突变峰的强度随着CB结构度的降低而增强;差示扫描量热(DSC)和广角X射线衍射(WAXD)结果显示,CB粒子的加入对HDPE的结晶行为没有显著影响。