常温型高分子基正温度系数复合材料制备和研究

发布时间：2020-08-01 10:53

【摘要】：随着技术的更新发展,对温控技术既追求精确有效的控温,又极力减轻控温设备的重量,而高分子基正温度系数(PTC)复合材料作为一种新型的热控技术材料,正好能满足以上要求。但目前高分子基PTC复合材料的居里温度点大都在50℃以上,且质地硬,不能满足需要控温在常温条件下的情况。因此本文针对目前高分子基PTC复合材料的居里温度点较高和柔性不够的问题,瞄准能控温在常温段的、低导电粒子添加量的方向,采用在某种聚合物支撑中引入低熔点且结构相似的有机酸晶体来控制复合材料的居里温度,制备能控温在常温段的高分子基PTC复合材料。首先,本文探索了乙烯-醋酸乙烯(EVA)/月桂酸(LA)/乙炔炭黑(CB)/邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为主要成分的高分子基PTC复合材料的制备方法,并讨论主要因素对材料PTC特性的影响。结果表明:乙炔炭黑为6%,EVA/月桂酸质量比为1:3,DOP为5%是制备控温在常温下的高分子基PTC复合材料的最佳配比,此时其居里温度点约为37.5℃,室温电阻率约为0.61 KΩ·cm,PTC强度约为5.53,在居里温度点以前的电阻率和峰值温度点以后的电阻率的波动幅度比较的小,复合材料稳定。其次,本文对其微观形貌结构及填料分布情况进行高分辨率热场发射扫描电子显微镜(SEM)观察,分析不同组成时复合材料内部的微观结构特征,并建立了自己的PTC效应机理模型。结果表明,复合材料的PTC强度和室温电阻率均取决于导电粒子的搭接情况和晶变程度,在最佳配比时,复合材料的PTC强度相对较高,室温电阻率相对较低,对应的微观结构最优;复合材料的导电是由隧道效应和导电通道理论共同作用的结果,其中存在着由隧道效应导电变为导电通道导电的过渡过程,PTC效应是材料内部晶型变化和碳粒迁移共同产生的。此外,本文运用相应的测试手段对其最佳配比下的热特性、机械特性、稳定性和升温情况进行测试。结果表明:最佳配比下的PTC复合材料的导热系数约为0.789W/(m*K),附着力为3级,柔韧性为10mm,硬度为HB,这样保证了产生的热量能扩散到周围去而不至于热量的囤积,但其机械性能离国际标准还有一定的差距,有待进一步提高;最佳配比下的PTC复合材料在最开始的热循环中其PTC特性并不稳定,经过20次热循环能近似保持稳定,但此时其PTC强度较小,室温电阻率较高;经过对PTC复合材料模拟升温测试发现,材料能将温度快速稳定地控制在居里温度点处,可以作为很好的控温材料。最后,本文的研究实现了低居里温度点、低导电粒子添加量和具有一定柔韧性的目标,为低温工作条件的电子元件和其他需控温的部件,特别是需要控温在常温段的情况,提供了一种自适应控温手段。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
【图文】：

图 1-1 PTC 特性示意图Figure.1-1 The sketch map of PTC多数仪器设备运行的温度均比较地高（50℃以上围比较地广，因此所研究出来的 PTC 复合材料主点的陶瓷类 PTC 复合材料和高分子基 PTC 复合材温工况下的仪表设备来说，比如应用在生物保温的儿童保温箱等），PTC 复合材料的过高居里温度点TC 复合材料在常温工况下的进一步应用。而现有合材料的研究中，由于受基体材料熔点的影响（复，很难通过一种或多种高分子基体改性来降低复点降到 50℃以下，来适应市场控温在常温度工况TC 复合材料的研究[8]中，由于大多数研究是需加入 30%～40%），其影响了基体材料本身的特性，导

图 2-1 制备路线图Figure.2-1 The diagram of preparation process体的制备工艺如下：1）乙炔炭黑的预处理于乙炔炭黑多是由碳化钙或石脑油热解、精制得到的乙炔进一步热解、碳产过程中，温度较高，表面会附着较多的含氧官能团等有机物质，在降，也会有易挥发性物质吸附在其表面。因此，为了减少这些物质对乙炔响，本文对实验用的乙炔炭黑进行如下预处理。乙炔炭黑浸泡于适量的丙酮溶液中，并机械搅拌 10min 左右，使其二者充~36h 用于溶解乙炔炭黑表面可能吸附的有机物质，过滤后用去离子水洗压蒸馏除去残余的丙酮溶液；于 100℃的真空条件下烘干 2h，用于除的易挥发物质。2）高分子基 PTC 复合材料的制备

图 2-2 实验样品图Figure.2-2 The experimental sample diagram小为 50mm×50mm、厚度约为 1~3mm 的较为平整，无明显地颗粒状。且以纱布料的测试对高分子基 PTC 复合材料 PTC 特性的影了转变温度测试和阻-温曲线测试。试 复合材料来说，其转变温度点（即居里又与复合材料的相变温度有关，一般在高

【参考文献】

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本文编号：2777363