二氧化釩誘導(dǎo)聚合物基復(fù)合材料的PTC效應(yīng)研究.pdf

1、聚合物基正溫度系數(shù)(PTC)復(fù)合材料，由于其加工成本低廉，使用方便安全等特點被廣泛應(yīng)用在生活中。但就目前的PTC材料而言，也存在很多問題需要解決。例如，室溫電阻率較高，重復(fù)性較差，這些問題直接制約著PTC復(fù)合材料的進一步應(yīng)用和推廣。針對這些問題，本文選擇以低密度聚乙烯(LDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)為基體，石墨粉體(Gr)為主要填料粒子，二氧化釩(VO2)為摻雜粒子，鱗片石墨(NFG)為對比填料粒子，通過熔融共混的

2、方法制備出具有一定PTC效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料，通過各種表征，研究討論了基體，填料粒子和摻雜粒子對復(fù)合材料PTC行為的影響。主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)以HDPE作為復(fù)合材料的基體，Gr被用作填料粒子，VO2作為第二成分填料，經(jīng)過熔融共混和熱壓成型的制備方法，制備出HDPE/Gr/VO2復(fù)合材料。再通過對樣品進行差示掃描量熱(DSC)表征，電阻測試，掃描電子顯微鏡(SEM),偏光顯微鏡(POM)表征和動態(tài)流變測試。結(jié)果表明，在HDP

3、E/Gr/VO2體系中，隨著VO2的增加，體系的室溫電阻率明顯下降。主要是由于VO2的增加，使非晶相中Gr粒子的密集程度增大，有利于導(dǎo)電鏈的形成。且當(dāng)VO2含量為6wt%時，出現(xiàn)雙PTC效應(yīng)，雙PTC效應(yīng)出現(xiàn)的溫度在VO2的相轉(zhuǎn)變溫度和HDPE的熔融溫度附近，此時復(fù)合物體系的PTC強度(PTCI)最大(PTCI=4.06)。這說明VO2的引入是誘導(dǎo)雙PTC效應(yīng)的直接原因；
　　(2)以LDPE和PP作為復(fù)合材料的雙基體，Gr作為導(dǎo)

4、電填料粒子，通過調(diào)節(jié)摻雜的第二成分VO2在復(fù)合體系中的含量，探究VO2對LDPE/PP(4/1)/Gr/VO2復(fù)合材料PTC行為的影響。實驗結(jié)果表明，在LDPE/PP(4/1)/Gr/VO2復(fù)合材料中，VO2含量越多，室溫電阻越低。通過SEM圖分析，VO2優(yōu)先分布在LDPE和PP的界面上，但隨著VO2的增多，將部分分布于界面上的Gr排擠到LDPE相中，進而LDPE相中的Gr濃度增大，導(dǎo)電鏈增加，室溫電阻下降。通過能譜儀(EDS)表征，證

5、實了Gr和VO2的分布狀態(tài)。而調(diào)和均值方程與幾何均值方程從理論上進一步驗證了粒子的分布情況。從X射線衍射(XRD)譜圖中得到的結(jié)果表明，Gr粒子和VO2的加入，妨礙了PP晶體的生長，抑制了PP的結(jié)晶，導(dǎo)致在XRD圖上，PP的結(jié)晶峰較弱。聚合物的結(jié)晶相變化直接影響著整個體系的PTC行為。另一方面，對復(fù)合材料進行動態(tài)機械(DMA)測試，分析得出，隨VO2含量增加，體系的儲能模量增加，損耗因子降低。這是由于更多的VO2吸附在基體上，增強了高分

6、子鏈與粒子間的作用力傳遞，提高了體系的剛度。而且部分高分子鏈段可能穿插在VO2晶體內(nèi)部，從而限制了高分子鏈的運動，進而儲能模量增大。當(dāng)VO2含量為8wt%時，復(fù)合體系的PTC強度最大。
　　(3)在HDPE/PP(1/1)/NFG-Gr和HDPE/PP(1/1)/NFG復(fù)合體系中，通過體系的電阻測試，結(jié)果表明，這兩個體系的室溫電阻值很接近，并沒有因鱗片石墨(NFG)含量不同發(fā)生巨大變化，且PTC現(xiàn)象較為明顯，變化趨勢相似，但HDP

7、E/PP(1/1)/NFG的PTC轉(zhuǎn)折溫度延后。用動態(tài)流變儀測試體系的復(fù)合粘度，結(jié)果表明，兩種復(fù)合材料的復(fù)合粘度變化趨勢和粘度值很相似，這說明NFG的含量變化對材料復(fù)合粘度的影響不大。對復(fù)合體系進行動態(tài)流變行為測試，實驗數(shù)據(jù)表明，HDPE/PP(1/1)/NFG體系的儲能模量較大，損耗因子較小。這是由于在HDPE/PP(1/1)/NFG體系中，NFG的含量高，由于NFG的長徑比較大，NFG與基體間的作用力強，易與高分子鏈纏結(jié)，更多的鱗片