聚乙烯二硼化钛PTC热敏导电材料的制备及性能研究

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1、聚乙烯／二硼化钛PTC热敏导电材料的制备及性能研究摘要聚合物基PTC复合材料是当今国内外研究开发最为热门的智能高分子材料之一。这种复合材料广泛应用于自控温加热系统、过流保护元件、电磁屏蔽材料及温敏传感器等领域。基于目前国内外关于有机PTC导电复合材料的研究应用现状，本文尝试利用具有超高导电性能的准金属陶瓷材料二硼化钛作为导电填料来制备PTC导电复合材料。本文采用熔体共混法制备了聚乙烯／二硼化钛导电复合材料，并使用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、凝胶含量及阻燃性能分析仪器、电学性能测试仪器等对复合材料的物相、显微组织、电学性能等进行测试分析，研究复

2、合体系的组成、模压成型工艺条件、热处理、第二导电相炭黑等因素对复合材料室温电阻率、PTC强度及热循环稳定性等性能的影响。研究发现：复合材料的组成决定了其性能。随TiB2含量的增加，PE／TiB2复合材料的室温电阻率降低，PTC强度先增加后降低。当TiB2含量达到逾渗阈值(45～60叭％)时，复合材料的室温电阻率最低、PTC强度最高，达8．1。TiB2粒径越大，PE／TiB2复合材料热循环稳定性越差。润滑剂、交联剂、阻燃剂和抗氧剂的加入改善了材料PTC稳定性。对不同工艺条件下制备的试样进行组织性能分析，结果表明：各设计因素对样品室温电阻率影响顺序为

3、：冷却时间>模压温度>模压压力>模压时间。冷却时间和模压温度对样品的PTC强度影响较大，PTC强度变化幅度均在3以上。最优模压条件为：模压压力10Mpa，模压温度160℃，模压时间15min，模压后的冷却时间30min。此条件下得到的样品室温电阻率为10。2Q．m，PTC强度为8．1。研究发现：加入CB以后，PE／TiB2．CB复合材料的机械性能和重复稳定性均比PE／TiB2复合材料的有所提高，两导电相的复合使得各自的逾渗阈值大幅度降低。当导电填料的总含量为30叭％时，随CB含量的增加，试样的室温电阻率降低；PTC强度先增加后下降，当CB含量超过

4、6、vt％时，PTC强度明显下降。对PE／TiB2．CB复合材料热处理前后性能的研究结果显示，热处理后试样的室温电阻率较处理前有所降低，在120℃下热处理的试样室温电阻率最小。热处理温度超过HDPE熔点，则PE／TiB2．CB复合材料的室温电阻率上升，据此推断TiB2-CB的热运动及热起伏诱导的隧道效应是引起该类复合材料NTC现象的原因。关键词：PTC效应；导电复合材料；聚乙烯；炭黑；二硼化钛；热处理PreparationandPropertiesofPE／TiB2PTCThermalcompos“esABSTRACTTheresearchonp

5、olymercompositePTCmaterialshasbecomeaVeryattractiVeprojectinpolymerscienceathomeandabroadtoday'whichhasbeenwidelyusedinself二controlheatingcables，oVer-currentprotectingconlponents，electl70magnetismshieldmaterials，sensorsandsoon．BasedonthestatusresearchandapplicationoforganicPT

6、Ccompositeathomeandabroad，wewillusetheTiB2withhighconductivityastheconductivefillertopreparePTCconductivecomposites．ThePE／TiB2conlpositeswerepreparedbymeltblendingtechniqueinthispaper．Thephases，microstructures，electricalpropertiesofconlpositesweredetectedbysomematerialanalysi

7、stestmethods，includingXRD，SEM，EDSandelectricaltestinginstruments．Theef诧ctsofcompositionofcomposites，moldingconditions，heattreatment，aswellascontentofCBontheroomtemperatureresistiVity，PTCintensityandthermalcyclingstabilityofcomposites，wereinVestigatedindetailinthisresearch．The

8、resultsshowthatthecharacteristicofcompositedependsontheperformanceof