本文關(guān)鍵詞： 石墨 二氧化釩 聚合物 PTC效應(yīng)　出處：《西南大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：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(diǎn)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(wèn)題需要解決。例如,室溫電阻率較高,重復(fù)性較差,這些問(wèn)題直接制約著PTC復(fù)合材料的進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。針對(duì)這些問(wèn)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(duì)比填料粒子,通過(guò)熔融共混的方法制備出具有一定PTC效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料,通過(guò)各種表征,研究討論了基體,填料粒子和摻雜粒子對(duì)復(fù)合材料PTC行為的影響。主要研究?jī)?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,VO_2作為第二成分填料,經(jīng)過(guò)熔融共混和熱壓成型的制備方法,制備出HDPE/Gr/VO_2復(fù)合材料。再通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行差示掃描量熱(DSC)表征,電阻測(cè)試,掃描電子顯微鏡(SEM),偏光顯微鏡(POM)表征和動(dòng)態(tài)流變測(cè)試。結(jié)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(dǎo)電鏈的形成。且當(dāng)VO_2含量為6wt%時(shí),出現(xiàn)雙PTC效應(yīng),雙PTC效應(yīng)出現(xiàn)的溫度在VO_2的相轉(zhuǎn)變溫度和HDPE的熔融溫度附近,此時(shí)復(fù)合物體系的PTC強(qiáng)度(PTCI)最大(PTCI=4.06)。這說(shuō)明VO_2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)電填料粒子,通過(guò)調(diào)節(jié)摻雜的第二成分VO_2在復(fù)合體系中的含量,探究VO_2對(duì)LDPE/PP(4/1)/Gr/VO_2復(fù)合材料PTC行為的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在LDPE/PP(4/1)/Gr/VO_2復(fù)合材料中,VO_2含量越多,室溫電阻越低。通過(guò)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(jìn)而LDPE相中的Gr濃度增大,導(dǎo)電鏈增加,室溫電阻下降。通過(guò)能譜儀(EDS)表征,證實(shí)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(jìn)一步驗(yàn)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VO_2的加入,妨礙了PP晶體的生長(zhǎng),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(gè)體系的PTC行為。另一方面,對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)機(jī)械(DMA)測(cè)試,分析得出,隨VO_2含量增加,體系的儲(chǔ)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(qiáng)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(yùn)動(dòng),進(jìn)而儲(chǔ)能模量增大。當(dāng)VO_2含量為8wt%時(shí),復(fù)合體系的PTC強(qiáng)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(guò)體系的電阻測(cè)試,結(jié)果表明,這兩個(gè)體系的室溫電阻值很接近,并沒(méi)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(shì)相似,但HDPE/PP(1/1)/NFG的PTC轉(zhuǎn)折溫度延后。用動(dòng)態(tài)流變儀測(cè)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(shì)和粘度值很相似,這說(shuō)明NFG的含量變化對(duì)材料復(fù)合粘度的影響不大。對(duì)復(fù)合體系進(jìn)行動(dòng)態(tài)流變行為測(cè)試,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,HDPE/PP(1/1)/NFG體系的儲(chǔ)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(zhǎng)徑比較大,NFG與基體間的作用力強(qiáng),易與高分子鏈纏結(jié),更多的鱗片石墨建立的導(dǎo)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(zhuǎn)折溫度升高。通過(guò)偏光顯微鏡(POM)的表征,觀測(cè)粒子在基體上的形態(tài)和結(jié)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(shí),NFG與基體之間的粘附性比Gr與基體之間的粘附性強(qiáng),這也進(jìn)一步驗(yàn)證了在HDPE/PP(1/1)/NFG中,PTC轉(zhuǎn)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(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1539176