特殊形态结构导电高分子复合材料PTC性能及其机理研究

以制备具有极低逾渗阈值、良好PTC效应及稳定性的聚合物基热敏PTC材料为目的，采用导电粒子与高分子增容剂反应后，再与两相不相容聚合物复合的方法，利用增容剂将导电粒子诱导分布于共混物两相界面处，制备出导电粒子与增容剂以共价键结合且分布于两相界面处，两相基体树脂形成"串滴"结构或双连续相的具有特殊形态结构的导电高分子复合材料。通过增容剂诱导导电粒子分布于界面处，降低体系的逾渗阈值；利用导电粒子与增容剂之间的共价键限制导电粒子运动，提高其PTC效应的稳定性；通过调控基体树脂及增容剂的相转变温度改善其PTC效应及稳定性，进而制备出具有良好PTC效应及稳定性、极低逾渗阈值的PTC材料，并研究其相应机理。该研究可为实现导电粒子在共混体系两相界面处分布，制备极低逾渗阈值导电复合材料提供新的方法，为制备性能优异的聚合物基PTC材料开辟新途径。

高逾渗阈值及出现NTC效应是导电粒子填充聚合物制备的PTC材料普遍存在的缺陷。为了制得具有低逾渗阈值导电高分子复合材料，本课题采用先将导电粒子与高分子增容剂反应，再与不相容共混体系熔融共混的方法，利用高分子增容剂将导电粒子诱导分布于相界面处，制备出导电粒子位于两相界面处的导电高分子复合材料，研究了其逾渗行为、逾渗阈值及导电机理。针对不同形貌的导电粒子，系统研究了导电通道的构成、共混物形态结构、基体树脂相转变温度对导电复合材料PTC性能的影响，制备出具有优良PTC效应及稳定性的热敏PTC材料，并阐述了其相应的发生机制。.研究结果表明，在上述方法制备的复合材料中炭黑（CB）分布于共混物相界面，使其在界面处构建导电通道；由于碳纳米管（CNTs）易发生缠结，使得CNTs分布于PA6相及相界面，导致体系的导电通道由PA6相和相界面共同构建。分布于共混物相界面的导电粒子可使共混物呈现独特的三逾渗行为，且大幅降低了其逾渗阈值，最低值降至0.09wt%。研究发现具有海岛结构共混物可导电，并提出了相应的导电机理。.研究共混体系形态结构对PTC效应的影响发现，当PA6相为分散相时，连续相及分散相的相转变都会引起PTC效应，导致体系出现独特的 “双PTC效应”，且不受导电通道构成的影响。当PA6相为连续相时，导电通道的构成对体系的PTC效应有显著影响：采用CNTs粒子填充的共混体系，分散相的相转变不影响PA6相的导电通道，使其只出现一次强的PTC效应；采用CB粒子填充的复合材料体系，分散相及连续相的相转变均会破坏导电通道，导致出现“双PTC效应”。而双连续相结构的PTC效应产生机理则更为复杂，与体系的导电通道和两相相转变都有关。在PA6相熔融前，分散于相界面的导电粒子难以聚集，使得共混体系一般不出现强的NTC效应。但在PA6相熔融后，体系会出现强的NTC效应。表明共混体系除了具有独特而优良的PTC效应外，在环境温度低于PA6相熔融温度前，还具有很好的PTC效应稳定性。.本课题研究提供了一种制备具有极低逾渗阈值、独特PTC效应及稳定性导电高分子复合材料的方法，可为解决导电高分子复合材料存在的高逾渗阈值、有NTC效应等缺陷提供新途径。同时，特殊形态导电高分子材料具有的独特的双PTC效应、甚至三PTC效应可丰富PTC材料的种类，满足特殊场合的需求。