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66400字硕士毕业论文高密度聚乙烯和石墨PTC导电复合材料的进一步研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:66400字
论点:导电,复合材料,聚合物
论文概述:

摘要 本论文选用我国蕴藏量极大,价格低廉的天然鳞片石墨材料作为导电填料,聚乙烯作为基体,采用溶液混合(SM)的方法制作出了目标高分子复合导电材料,经过系统电学性能研究证明具

论文正文:

高密度聚乙烯和石墨PTC导电复合材料的进一步研究

简介:用于聚合物基PTC材料的基体材料主要由无定形、结晶或半结晶聚合物材料组成。作为聚合物正温度系数复合材料,结晶聚合物主要用作基体,目前已有大量文献报道。聚合物基PTC材料通常通过将炭黑(CB)、石墨(GP)、金属及其氧化物和其他导电填料Ifn掺杂到上述类型的聚合物中作为基体来制备。由本网站的硕士论文中心组织

1文献综述
1.1正温度系数(正温度系数)材料概述
正温度系数(正温度系数)材料1是指具有电学Is的非线性正温度系数效应的材料,即材料的电阻率在一定温度范围内基本保持不变或仅略有变化。当Ifn达到材料特征转变点附近的温度时,材料的电阻率将在小的温度范围内迅速增加1 -}-1个数量级。目前使用的正温度系数材料根据基体性质主要分为陶瓷基正温度系数材料和聚合物基正温度系数材料。陶瓷基PTC材料最早于1950年在BaTi03陶瓷基中被发现(它仍然主要基于BaTiO: base和V20: base),并且已经被迅速应用,特别是在启动需要大电流的大功率电器如冰箱和空调节器的电动机时用于过电流保护。由于十种陶瓷热敏材料的脆性,生产工艺复杂,室温电阻很难做得很低,加工成型困难,制造成本高,价格较高,应用受到限制。与陶瓷基PTC材料相比,聚合物基PTC材料具有加工简单、几何形状复杂、成本低等优点,因此得到了广泛的应用。根据不同的导电填料,PTC材料主要分为两类:碳系和金属系(包括过渡金属和氧化物)。金属材料与聚合物基体的相容性较差,密度差异也较大。当通过单独用金属体系填充聚合物来制备复合导电材料时,添加的金属量相对较大,增加了材料的比重。Ifnb .经常影响复合材料的稳定性。此外,金属基材料的成本相对较高,[2]。碳基导电填料被广泛使用,尤其是炭黑作为导电填料。
用于聚合物基PTC材料的基体材料主要由无定形、结晶或半结晶聚合物材料组成。结晶聚合物作为聚合物正温度系数复合材料,主要用作基体,目前已有大量文献报道。聚合物基PTC材料通常通过将炭黑(CB)、石墨(GP)、金属及其氧化物和其他导电填料Ifn掺杂到上述类型的聚合物中作为基体来制备。其显著特点是材料的电阻率在一定程度范围内迅速增加到极限值(可以增加1.5-8个数量级),并且(半导体)向绝缘体的转变发生在[。典型的电阻率-温度曲线如复合材料体系中由导电填料形成的导电网络是其导电性的主要原因之一。大量试验表明,无论使用何种聚合物或导电填料,当复合材料中导电填料的含量增加到一定的临界浓度时,由十种导电填料浓度的增加开始形成连续的导电路径,这导致电阻率(在几个数量级以上)m现象急剧下降,并且在室温电阻率-导电填料含量曲线上出现狭窄的突变区域。在该区域,导电填料含量的任何微小变化都会导致电阻率的显著变化。在突变区域之后,随着导电填料的浓度,系统的电阻率趋于10平。各种聚合物复合导电材料在其临界浓度值附近显示出一定程度的正温度系数效应,[·
参考
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5-7[/BR/]摘要7-8
1文献综述12-32
1.1正温度系数(PTC)材料概述12-14
1.2主要制备方法14-16
1.3聚合物基导电复合材料的导电理论和PTC效应理论16-18 [/BR/] 1.4影响聚合物基复合材料PTC效应的因素18-22 [/BR/] 1.4.1聚合物基体的效应 1.5.2交联处理24-25
1.5.3聚合物基体的改性25-27
1.6聚合物基PTC复合材料的应用27-29[/BR/]1 . 6 . 1[/BR/]1 . 6 . 2在自控温度加热系统28-29
中作为电路保护元件的应用1.7聚合物基PTC复合材料的研究进展和发展趋势29 [/BR/] 1.8研究 2.2实验部分33-34[/溴/] 2.2.1主要原材料和仪器33[/溴/] 2.2.2样品制备33-34[/溴/] 2.2.3电性能和PTC效应的测试34[/溴/] 2.2.4微观形态表征34[/溴/] 2.3结果和讨论34-38[/溴/] 2.3.1石墨含量对溶液导电复合材料室温电阻率的影响34-35[/溴/。 3高密度聚乙烯/石墨复合材料导电性能的研究39-56
3.1概述39
3.2实验部分39-41
3.2.1原材料和仪器39
3.2.2样品制备39-40 [/BR/] 3.2.3性能测试和表征40-41 [/BR/] 3.3结果和讨论41-55 [/BR/] 3.3.1石墨粒度和石墨粒度的影响 3.3.3制备工艺对复合材料导电性和PTC效应的影响48-55[/BR/]3.3.3.1热处理的影响48-50[/BR/]3.3.3.2冷却速率的影响50-51[/BR/]3.3.3.3石墨预处理对PTC特性的影响51-52[/BR/]3.3.3.4搅拌回流时间对PTC效应的影响52-55
3.4本章总结了55-56
4硬脂酸钠和增塑剂对综合性能影响的研究 4.2.1主要原材料和仪器56-57[/溴/] 4.2.2样品制备57[/溴/] 4.2.3性能测试和表征57-58[/溴/] 4.3结果和讨论58-64[/溴/] 4.3.1增塑剂含量对复合系统机械性能的影响58-59[/溴/] 4.3.2液体石蜡和聚乙烯蜡含量对复合系统PTC效应的影响59-62[/溴/] 4 GP复合材料PTC稳定性研究65-74 [/BR/] 5.1概述65-66 [/BR/] 5.2实验部分66-67
5.2.1原材料和仪器66 [/BR/] 5.2.2样品制备66-67 [/BR/] 5.2.3性能测试和表征67 [/BR/] 5.3结果和讨论67-73 [/BR/] 5.3.1热循环稳定性67-68 [ 5.3.4偶联剂对复合材料PTC稳定性的影响71-73[/BR/]5.3.4.1硅烷偶联剂用量对材料耐温性的影响71-72[/BR/]5.3.4.2硅烷交联对复合材料PTC稳定性的影响72-73
5.4本章总结73-74
6结论74-76
6.1实验结论74-75
6.2进一步研究和改进的方面75-科勒电阻元件,美国专利局,3,3243,753,1966
您可能对工程硕士论文有购买需求,请到工程硕士论文的渠道选择:小卡尔森过电流保护热敏电阻器。机器设计,1981,10:161-165
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[22]陈小妹,沈经纬。马来酸接枝聚丙烯/石墨导电纳米复合材料的研究《高芬日报》,2002,(3) :331-333。聚合物导电复合材料在室温下具有一定的导电性,但当温度上升到一定程度时,材料的电阻率迅速上升,表现出PTC效应。为了表征PTC效应,电阻率-温度曲线上的峰值电阻率与室温电阻率之比(}最大}(}r对数)通常被定义为PTC强度。
1945年,弗莱登首次在填充炭黑的低密度聚乙烯(LDPE)中发现了PTC现象,但PTC效应非常小,没有引起足够的重视。科勒(Kohler } } }年发现高密度聚乙烯/炭黑复合材料也有正温度系数现象,目标是“明显的”,这引起了学术界和工业界的广泛关注。聚合物基正温度系数复合材料作为一种实用的新型聚合物材料首次在美国成功开发。由于它具有特殊的感温功能,已逐渐在十个自限温加热器、电路过流保护元件、感温传感器等领域推广应用。美国瑞肯公司在20世纪70年代成功开发了一系列智能PTC自控温加热电缆产品。瑞化学公司生产的PTC过流保护元件也已应用于医疗仪器、计算机、程控电话交换机、手机电池、家用电器等领域。十种聚合物基PTC材料技术含量高,应用广泛,利润丰厚,因此许多国家投入了大量的研发资金。美国瑞肯公司和日本藤本电线公司都是聚合物基PTC材料应用的代表。德国、瑞典等国家也相继开发了相应的产品。中石化采用复合聚合物自限加热材料制备适用于汽车电源电压下自限加热的特殊材料和加热带,可连续生产大功率加热部件,即自限加热管和组合加热器,对柴油车冷启动非常有效。从中国科技大学自限温伴热带的试制到中国科学院长春华英研究所的深入理论研究,高分子PTC导电材料作为高技术含量、高市场应用价值的高科技产品,极大地推动了科技进步。随着研究的深入,聚合物复合PTC导电材料在其他领域仍有很大的应用前景,需要进一步发展。例如,目前住宅建筑普遍采用空和电加热方式进行加热,空效率低,在较低温度下难以启动,电加热装置的温度控制不稳定:如果平面加热装置由聚合物复合导电PTC材料制成,可以实现低温下的自动温度控制,安装在墙壁、地板等平面上,占用空的小物件,非常安全,可以克服上述缺点。聚合物基PTC复合材料具有质地柔软、柔韧性好、易于加工成型、制造成本较低、导电范围较大、室温电阻率低、可在较低温度下使用等优点,受到了越来越多的关注,并迅速成为PTC材料开发研究的热点。广泛用于化工、石油管道阀门等部件的温度控制、直立部件的过电流保护的自限温加热电缆的制备,也应用于汽车、计算机、医疗器械等许多领域。

1.2聚合物正温度系数复合材料的主要制备方法[/溴/]这些制备方法可以充分影响复合材料的物理性能。因为实验表明不同制备方法得到的复合材料具有不同的微观结构。聚合物PTC复合材料的制备方法主要有粉末混合法、溶液混合法和熔融混合法。粉末混合(Powder mixing C PM)方法是将固态填料颗粒和基体粉末均匀混合,并直接成型。粉末混合法制备的样品导电性好,填料的临界含量往往较低。然而,通过该方法制备的材料具有短的加热历史、差的混合均匀性和差的后续成型工艺性能,并且所制备的材料的均匀性和PTC性能通常差于[“],这通常仅适用于通过10的方法制备小型器件。聚合物PTC复合材料在实际生产和科研中大多采用熔融混合法(melt mixing C MM)制备,即基体和导电填料在聚合物熔点温度以上均匀混合,然后加工成型。熔融法具有易于成型和连续生产的优点。通常,熔融聚合物基质的粘度相对较高,导电填料的分散相对困难。在加工过程中,填料主要通过剪切力的作用均匀分散。混合时间和温度等混合工艺参数对材料的电导率和PTC性能有很大影响。随着混合时间的延长和混合温度的提高,材料的粘度会降低,这有利于10种填料的分散,材料的混合会更加均匀,材料形成的导电网络会更加完善,PTC性能会得到提高。然而,过长的混合时间或过大的剪切力会破坏填料的结构,并导致材料的导电性降低。同时,过长的混合时间和过高的混合温度也会加速材料的老化速度,也会影响复合材料的力学性能。聚合物导电复合材料的成型工艺主要包括成型、挤出、注射、吹膜和流延。从电导率的角度来看,[ia}溶液混合(SM)法是将聚合物与溶剂溶解,然后与填料混合均匀,然后挥发溶剂进行加工成型。与1VIN1法相比,SM法的优点是填料可以完全均匀地分散在聚合物基体中。特别是对于十几个大纵横比的填料,容易团聚。因此,如何有效分散填料成为一个技术问题。o Nadia Grossiord}l3-1}}等人用钐法制备了碳纳米管作为填充导电复合材料。通过微观形貌表征,发现碳纳米管在基体材料中具有良好的分散性。左吴声等人[IS-Z3]用钐法和溶液插层法制备了填充膨胀石墨的导电复合粉末,然后成型。研究发现,钐法和硅法制备的导电复合材料的渗滤阈值(石墨的临界含量显著改变了复合材料的电阻率)明显低于1VIN1法。原因是在导电填料浓度相同的情况下,溶液中十膨胀石墨的内部结构规律性高,尺寸和形状之比大于在熔融流体中相互接触的概率,导电路径更容易形成。然而,左吴声等人发现,所得钐法复合材料的正温度系数比1VIN1法复合材料低2-3个数量级。原因是在用ten-SM法制备的复合材料中的EG颗粒形成导电路径网络后,由于晶相Ifn的熔化而破坏网络的难度增加,并且由于体积膨胀fn而降低颗粒有效浓度的程度降低。Runqing Ou }2`}]等人通过粉末冶金和粉末冶金(随后压缩成型)制备了聚甲基丙烯酸甲酯炭黑导电复合材料。研究发现,导电复合材料中填料相的形态分为“随机”和“孤立”分散模型。已经证明,填料在聚合物基体中的隔离分散导致形成导电网络所需的填料的临界浓度相对较低。聚合物基体溶解后,聚合物基体处于十足分散状态,溶液粘度低,导电填料1以随机分布的方式均匀分布在溶液中,可以实现导电颗粒的有效分散。同时,由于X不受剪切力的影响,避免了导电填料结构的损伤,制备的复合材料具有良好的均匀性、导电稳定性和PTC重复性。基于以上考虑,本文采用钐法制备聚乙烯/石墨PTC导电复合材料。

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