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《高密度聚乙烯_石墨导电复合物的PTC行为及其热循环稳定性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、Vol.14功能高分子学报No.12001年3月JournalofFunctionalPolymersMar.2001高密度聚乙烯/石墨导电复合物的XPTC行为及其热循环稳定性1XX21XXX3宋义虎,王浩江,郑强,益小苏(1.浙江大学高分子科学与工程学系,杭州310027;2.化工部合成材料研究院,广州510665;3.先进复合物国防重点实验室,北京100095)摘要:研究了高密度聚乙烯/石墨导电复合物的PTC行为及其影响因素,揭示了内应力随温度升高而松弛对PTC效应的贡献。复合物的导电性能与PTC行为是由导电网络的总体结构及
2、其随温度的变化所决定的,与材料组分性质以及各组分之间的相互作用关系不大。当环境温度趋于基体熔点时,复合物热学性质的变化造成导电网络的大规模破坏,是PTC行为产生的根源。热处理等物理手段可改变导电网络的微观结构,但不影响PTC行为赖以产生的物理机制,也不能有效改善PTC行为的热循环稳定性。关键词:高密度聚乙烯/石墨导电复合物;PTC效应中图分类号:O63文献标识码:A文章编号:1008-9357(2001)01-0039-06〔1〕高分子导电复合物具有电阻正温度系数(positivetemperaturecoefficient,P
3、TC)效应。PTC效应〔2〕是复合物用于自恢复保险丝和自限温加热带等元器件的物理基础,多年来倍受关注。目前,PTC机〔1〕〔3〕〔4〕理仍局限于Kohler、Ohe和Mayer等所分别提出的三个假说,认为PTC效应与高分子基体的熔融过程有必然的联系。然而,由于高分子导电复合物的结构复杂性,以及影响导电性能的因素的多样性,学术界对PTC效应的物理机制迄今仍未达成共识。在实际使用过程中,高分子导电复合物PTC行为〔5〕的稳定性较差。通常采用基体交联、导电粒子表面处理、复合物热处理等手段来改善PTC行为的稳定性。但人们发现,这些方法对
4、PTC效应的稳定作用均是相对的,而不是绝对的。研究PTC行为的热循环稳定性,揭示其稳定性不良的结构性根源,提出进一步改善PTC行为稳定性的有效手段,有着重要的工程意义。1实验部分1.1原料高密度聚乙烯(HDPE):牌号2480,熔体流动速率0.14g/min(2.16kg),熔点127℃,密度0.94263g/cm,齐鲁石化公司生产。石墨粉(GP):粒径4μm,纯度99.85%,上海胶体化工厂生产。浓硫酸(98%)和浓硝酸(65%～68%):临平化学试剂厂生产。1.2膨胀石墨制备将一定量的GP加入浓H2SO4/HNO3(体积比9
5、/1)混合酸中,在100℃下氧化处理1h,水洗至中性,得到氧化GP。在60℃下将氧化GP烘干,于820℃膨胀2min,得到膨胀石墨(EGP)。1.3样品制备将HDPE和GP或EGP在双辊混炼机上混炼,混炼温度为(165±5)℃。将混炼料在平板硫化机上模压成型,温度(165±5)℃,压力147MPa,时间10min。将铜网压在规格为20mm×20mm×2mmX收稿日期:2000-03-20基金项目:国家自然科学基金资助课题(50003007)、国家高技术新材料专家委员会重点资助课题(7150070080)XX作者简介:宋义虎(19
6、71-),男,山东省栖霞市人,工学博士,从事高分子导电复合材料非线性导电行为研究。E-mail:ipczju@di2al.zju.edu.cnXXX通讯联系人·40·宋义虎,王浩江,郑强,益小苏的样品的一组相对面上,并从铜网上引出电极以测试电阻和PTC性能。1.4样品测试1.4.1电阻-温度关系采用自行研制的微机控制自动测试装置测试样品的电阻-温度关系,升温速率为1℃/min。1.4.2差示扫描量热分析(DSC)采用PerkinElmerDSC-7型差示扫描量热分析仪对样品进行差示扫描量热分析。测试在氮气气氛中进行,温度扫描速率
7、为10℃/min。1.4.3X-射线衍射分析采用日本理学公司的D/MAX-3AX型X衍射仪,扫描速率4°/min,电压40kV,电流40mA。2结果与讨论2.1内应力对PTC行为的影响图1和图2分别为HDPE/GP和HDPE/EGP复合物的PTC曲线,其中HDPE/EGP复合物在模压成型前预先在180℃进行了24h热处理。在首次热循环的升温过程中,材料电阻率从30℃开始随温度的升高而逐渐升高,在PTC转变临界温度(约110℃,低于HDPE熔点)附近电阻率急剧上升。在随后的热循环过程中,当温度低于PTC转变临界温度时,电阻率基本保
8、持不变,而只有当温度达到PTC转变临界温度时电阻才突然升高。由图还可以看出,经熔融热处理的HDPE/EGP复合物的室温电阻率(ρRT)具有一定程度的稳定性,4次热循环中ρRT变化0.5个数量级。而未经熔态热处理的HDPE/GP复合物的ρRT随热循环次数的增加而逐
