橡胶/炭黑导电复合材料的压阻效应研究进展

综述了炭黑填充的压敏导电橡胶复合材料的压阻机理、压阻特性和压阻数学模型等方面的研究工作进展。讨论了加工工艺条件、填料性质、分散性等因素对压敏导电橡胶复合材料的压阻性能及压阻稳定性的影响。     

炭黑填充粒子对导电硅橡胶压阻特性的影响

阐述了复合型导电高分子材料的导电机理,分析了4种导电炭黑填充量对导电硅橡胶导电特性的影响,实验分析了相同导电填料、不同质量分数情况下的导电硅橡胶压阻特性,分析了相同质量分数、不同导电填料对复合材料压阻特性的影响。研究表明,随着炭黑填充量的不断增加,复合材料体积电阻率均呈下降趋势;4种炭黑填充的导电硅橡胶渗流阀值较接近;导电硅橡胶的电阻-压力变化规律符合隧道效应理论模型;为保证导电硅橡胶具有良好的压阻特性,应根据原料控制好导电炭黑的添加量。     

炭黑填充型导电复合材料的压阻计算模型及实验验证

为研究新型传感器材料,在通用有效介质理论的基础上,提出了炭黑填充型导电复合材料的压阻特性数学计算模型,定量地得出炭黑颗粒的基本特征参数、体积分数和聚合物基体的弹性模量在复合材料压阻规律中的影响。分别以硅橡胶和高密度聚乙烯为基体相,三种不同粒径的炭黑为导电相,制备了炭黑填充型复合材料,对计算模型进行了实验验证。在炭黑颗粒分布均匀、炭黑体积分数在渗流阈值附近和外加压力≤2 MPa等三个边界条件下,数学计算模型与实验结果基本吻合,且压力-电阻变化规律一致。      

炭黑/硅橡胶导电复合材料微观结构及其导电特性

对炭黑/硅橡胶导电复合材料的微观结构及导电特性进行了研究。以液体硅橡胶为绝缘基体、纳米导电炭黑颗粒为填充材料制作的复合材料具有优良的导电特性,通过实验测试获得了不同炭黑含量下复合材料的电阻率,当炭黑质量分数4%时,可获得较好的导电性。利用电子扫描系统对炭黑颗粒在硅橡胶基体中的微观结构分布进行了观察,观察发现纳米炭黑颗粒主要以"团聚体"及与之相连的"链条"结构两种形式存在,并不是均匀规则的。将"团聚体"与"链条"结构简化为可变形的"大颗粒",在此基础上建立了相应的导电模型。     

炭黑-环氧树脂导电复合材料力-电性能研究

研究了填充炭黑的环氧树脂即导电复合材料的导电机理,不同炭黑掺量复合材料在一次加载及反复加卸载下的压阻效应.结果表明,炭黑掺量为20%试件的压阻效应明显且稳定;各掺量试件卸载后均存在较大的残余电阻,经多次加卸载后,电阻变化率逐渐减小并趋于一不变值;卸载后电阻的恢复率不断增加,最终可完全恢复.     

炭黑-丁腈橡胶涂层复合材料的导电性能

将导电炭黑与丁腈橡胶混合制备导电聚合物复合材料,这种材料的电阻率随温度的变化呈正温度系数（ Ｐ Ｔ Ｃ）效应。讨论了不同的掺入炭黑粒子浓度、混炼和硫化及成膜溶剂对室温电阻率及 Ｐ Ｔ Ｃ效应的影响。     

不同固化剂对MWNTs/EP复合材料导电性能的影响

采用己二胺和丙烯酰胺为原料,利用迈克尔加成反应合成了一种脂肪族胺类固化剂B,并用它与添加了多壁碳纳米管(MWNTs)的环氧树脂固化制备了B/MWNTs/环氧复合材料.利用傅立叶红外光谱、Novocontral宽频介电谱测试仪对合成固化剂B的结构及复合材料的介电性能进行了表征,并从电导、介电常数、损耗3个方面与常用固化剂DDS/MWNTs/环氧复合材料的性能进行了比较和理论分析.结果表明,固化剂种类对MWNTs/EP复合材料的电性能有较大的影响,使用含有导电π键的DDS作为固化剂要比长碳链的胺类固化剂B更容易达到逾渗点,即使添加少量MWNTs就可以达到好的电性能.     

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.     

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。     

SiO2纳米粉对炭黑／硅橡胶复合材料的压阻,阻温特性的影响

研究了添加导电炭黑和ＳｉＯ２纳米粉的硅橡胶复合材料的导电机理、压阻及阻温效应。发现：添加１５ｇ导电炭黑的硅橡胶（硅橡胶为１００ｇ，下同）的压阻效应，随着纳米Ｓｉ２量的增加显著提高。在一定压力范围内，电阻随压力增加而呈线性增加。只添加１５ｇ导电炭黑的硅橡胶材料的电阻率随温度升高而略为降低，而加入纳米级气相法生产的ＳｉＯ２的炭黑／硅橡胶复合材料的电阻随温度增加而增加。且其导电机制为欧姆导电。其电导率受     

炭黑填充PET/PE导电原位微纤化复合材料

根据炭黑（CB）粒子在聚合物中的选择性分布理论,通过工艺控制,使CB粒子主要分布在微纤表面。本工作将CB粒子首先与聚乙烯（PE）共混,再与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）熔融混合-挤出-热拉伸-淬冷。形态观察表明,CB粒子可以良好地分布于PET微纤表面。电性能测试表明,分布于微纤表面的CB粒子有助于微纤之间的电子传导,该复合材料的正温度系数（PTC）较强,而负温度系数（NTC）较弱。     

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。     

石墨/炭黑/改性树脂导电复合材料的电学性能研究

以改性环氧树脂为基体、石墨\炭黑为混合导电填料制备了导电复合材料。分析了材料的导电机理,研究导电填料含量与电阻率之间的关系。结果表明:当石墨为15%、炭黑20%时制备的复合材料具有良好的导电性,电阻率为16.4Ω.cm。同时测试了复合材料的伏安特性曲线,发现其呈现非线性欧姆关系,具有正温度系数效应(PTC)。     

炭黑/聚氨酯泡沫导电复合材料的开发

制备了以聚氨酯软泡为基体的炭黑 /聚氨酯泡沫导电复合材料 ,研究了炭黑的用量及交联剂、扩链剂、偶联剂等助剂对复合材料电学及力学性能的影响。     

炭黑填充型导电橡胶的压力/温度特性研究

分析了导电橡胶的压阻效应和温度效应,实验制备了导电橡胶试样,并研究了试样添加不同导电粒子后的压阻特性和温度特性。研究表明,导电橡胶添加不同导电材料时呈现出不同的温度特性,随温度的升高,单独添加乙炔炭黑的导电橡胶在30～70℃之间呈现负温度效应,在70～120℃之间呈现正温度效应;乙炔炭黑与N472并用的导电橡胶随温度的升高呈现正温度效应;添加纳米Al2O3的导电橡胶随温度的升高呈现正温度效应和负温度效应。探讨了压力变化时电阻率与温度的相关性,分析了产生不同温度特性的主要原因。     

碳纳米管/炭黑/硅橡胶复合材料的压阻计算模型分析

以碳纳米管、炭黑为填料,硅橡胶为基体制备柔性压力敏感材料。将炭黑填充硅橡胶的压阻计算模型扩展应用于碳纳米管/炭黑/硅橡胶材料,研究了不同填料配比下的碳纳米管/炭黑/硅橡胶的渗流特性,并通过实验对计算模型进行了分析。结果表明,在碳纳米管/炭黑/硅橡胶体系中,选择适合的碳纳米管和炭黑组分配比,可获得较低的渗流阈值,且压阻实验结果与计算曲线偏差较小;由于碳纳米管和炭黑的协同效应和通用有效介质理论适用的边界条件,使得在碳纳米管/炭黑以一定的配比混合下,并用的导电填料体积分数略偏离阈值附近时,实验结果与计算模型曲线可以较好地吻合。     

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。      

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。     

阻氧层对炭黑填充聚乙烯复合材料性能的影响

本文讨论了有机PTC电路保护元件的绝缘阻氧层。实验结果表明,覆有氧渗透率小于4×109cc/cm2/mm/sec/cmHg(25℃)的环氧涂层的有机PTC电路保护元件电稳定性得到提高。     

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。