本文關鍵詞： 石墨 二氧化釩 聚合物 PTC效應　出處：《西南大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：聚合物基正溫度系數(shù)(PTC)復合材料,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,重復性較差,這些問題直接制約著PTC復合材料的進一步應用和推廣。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(VO_2)為摻雜粒子,鱗片石墨(NFG)為對比填料粒子,通過熔融共混的方法制備出具有一定PTC效應的導電復合材料,通過各種表征,研究討論了基體,填料粒子和摻雜粒子對復合材料PTC行為的影響。主要研究內(nèi)容如下:(1)以HDPE作為復合材料的基體,Gr被用作填料粒子,VO_2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/VO_2復合材料。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。結果表明,在HDPE/Gr/VO_2體系中,隨著VO_2的增加,體系的室溫電阻率明顯下降。主要是由于VO_2的增加,使非晶相中Gr粒子的密集程度增大,有利于導電鏈的形成。且當VO_2含量為6wt%時,出現(xiàn)雙PTC效應,雙PTC效應出現(xiàn)的溫度在VO_2的相轉變溫度和HDPE的熔融溫度附近,此時復合物體系的PTC強度(PTCI)最大(PTCI=4.06)。這說明VO_2的引入是誘導雙PTC效應的直接原因;(2)以LDPE和PP作為復合材料的雙基體,Gr作為導電填料粒子,通過調(diào)節(jié)摻雜的第二成分VO_2在復合體系中的含量,探究VO_2對LDPE/PP(4/1)/Gr/VO_2復合材料PTC行為的影響。實驗結果表明,在LDPE/PP(4/1)/Gr/VO_2復合材料中,VO_2含量越多,室溫電阻越低。通過SEM圖分析,VO_2優(yōu)先分布在LDPE和PP的界面上,但隨著VO_2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,導電鏈增加,室溫電阻下降。通過能譜儀(EDS)表征,證實了Gr和VO_2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)譜圖中得到的結果表明,Gr粒子和VO_2的加入,妨礙了PP晶體的生長,抑制了PP的結晶,導致在XRD圖上,PP的結晶峰較弱。聚合物的結晶相變化直接影響著整個體系的PTC行為。另一方面,對復合材料進行動態(tài)機械(DMA)測試,分析得出,隨VO_2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VO_2吸附在基體上,增強了高分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VO_2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VO_2含量為8wt%時,復合體系的PTC強度最大。(3)在HDPE/PP(1/1)/NFG-Gr和HDPE/PP(1/1)/NFG復合體系中,通過體系的電阻測試,結果表明,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HDPE/PP(1/1)/NFG的PTC轉折溫度延后。用動態(tài)流變儀測試體系的復合粘度,結果表明,兩種復合材料的復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合粘度的影響不大。對復合體系進行動態(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,更多的鱗片石墨建立的導電鏈越不易斷裂,因此在相同條件下,需要更高的溫度,體系才能出現(xiàn)PTC現(xiàn)象,即,PTC轉折溫度升高。通過偏光顯微鏡(POM)的表征,觀測粒子在基體上的形態(tài)和結晶狀況,HDPE/PP(1/1)/NFG的POM圖顯示,NFG的晶體亮度低于HDPE/PP(1/1)/NFG-Gr中的晶體亮度,以此證實,NFG與基體之間的粘附性比Gr與基體之間的粘附性強,這也進一步驗證了在HDPE/PP(1/1)/NFG中,PTC轉折溫度較高。
[Abstract]:The effects of matrix , filler particles and doped particles on PTC behavior of LDPE / PP ( 4 / 1 ) / Gr / VO _ 2 composites were investigated by melt blending . By means of energy dispersive spectrometer ( EDS ) , the distribution of Gr and VO _ 2 is confirmed . The results show that the addition of Gr particles and VO _ 2 can prevent the growth of PP crystal and decrease the crystallization of PP . The results show that the crystalline phase of the polymer increases with the increase of VO _ 2 content . The results show that the energy storage modulus of the system increases with the increase of VO _ 2 content . ( 3 ) In HDPE / PP ( 1 / 1 ) / NFG - Gr and HDPE / PP ( 1 / 1 ) / NFG composite system , the resistance of the system was tested . The results showed that the temperature resistance of the two systems was very close , and there was no significant change in the content of NFG . The results showed that the change tendency and the viscosity of the composites were similar . The results showed that the adhesion between the NFG and the matrix was lower than that of HDPE / PP ( 1 / 1 ) / NFG - Gr . The results showed that the adhesion between the NFG and the matrix was lower than that of HDPE / PP ( 1 / 1 ) / NFG .

【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB33

【參考文獻】

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本文編號：1539176