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偶联剂对正温度系数高分子材料性能的影响

来源:中国气体设备网发布日期:2017-10-19

  以聚合物材料为基体加入导电炭黑形成的复合材料呈现电阻正温度系数(PTC)的现象是Fryd- man在1945年首先发现的。近几年来,高分子PTC材料广泛用于制备自控温加热电缆及过电流保护器件以及其他感温器件等。然而,PTC导电材料及器件在使用过程中存在电阻的负温度系数(NTC)效应,电阻稳定性差,因而严重地妨碍着它的推广使用。

  本文通过使用不同的偶联剂对炭黑进行表面处理,寻找对炭黑有较好分散效果的偶联剂,使炭黑分散均匀,有较高的PTC强度和较小的NTC强度,从而改善高分子PTC材料的性能。另外,研究了辐照交联对PTC材料性能的影响。

  1实验部分1.1原料基本体系为高密度聚乙烯/炭黑(HDPE/CB)。其中,HDPE的熔融指数MI为0.90g/10min,密度为0.954g/cm3;炭黑为乙炔炭黑,粒径为35~宄中心,教授,博士生导师。

  基金项目:陕西省自然科学基金资助项目(98C21)。

  45nm;DBP吸油值为4.40cm3/g,比表面积为800m2/g;偶联剂12、3和润滑剂硬脂酸锌均为工业品,12是钛酸酯类偶联剂,3是有机硅类偶联剂。

  1.2样品制备按比例称取一定量的HDPE树脂、炭黑及其他助剂,在一定温度下,在双辊开炼机上进行混炼,混炼均匀后,放入特制的模具中,在平板硫化机上加热压制成型,制得带有两根平行镀锡铜绞线的平板状试样,两根铜线间的距离为8. 0mm,试样厚度为1mm,长度根据需要剪取。

  液,分别与100g炭黑混合,球磨4h,去除溶剂并烘干,与HDPE混合制成样品,标示为12、3用2g硬脂酸锌与未经偶联剂处理的100g炭黑一起,和HDPE开炼共混,制得的样品标示为4对样品采用200kGyCo-Y辐照交联,制成交联试样。

  1.3样品测试将所制试样置于烘箱中,以试样中的两根导线作为电极,用耐高温导线引出烘箱。测试时,每个温度点稳定20min电阻小于2X107n时,用数字万用表测量;电阻大于2X 107n时,用ZC36超高阻计测量,测量结果换算成体积电阻率。

  为了表征PTC效应,通常将体积电阻率P与温度T关系曲线上的体积电阻率峰值Pmax与室温(25 C)体积电阻率P25的比值(Pmax/P25)定义为PTC强度。这里,类似地定义体积电阻率峰值Pmax与160°C时的体积电阻率P60的比值(Pmax/Pl60)为NTC强度。

  2结果与讨论2.1偶联剂对复合体系炭黑分散性的影响以上用偶联剂1、2、3处理的炭黑以及加入硬脂酸锌的炭黑制备HDPE/CB的PTC材料,其1234试样的阻-温曲线示于,具体数据见表1.可以看出,3试样的室温体积电阻率、最大体积电阻率、160°C的体积电阻率均最大,说明偶联剂3对炭黑的分散效果最好,使炭黑在HDPE中均匀分散,试样的体积电阻率最大。另外,用硬脂酸锌作为润滑剂也具有较好的分散效果,但比偶联剂的表1未交联试样的有关数据试样度较大,3试样的NTC强度较小,这说明偶联剂3处理的炭黑制备的PTC材料的PTC强度较高,NTC强度较小。应特别注意的是,用硬脂酸锌的试样也具有与1~3试样相当的PTC强度,但NTC强度较大。

  有机硅类,以偶联剂3的耐高温性最好。由于高温时偶联剂1、2的分散作用降低,从而降低了分散效果。偶联剂3不受高温影响或影响较小,所以对偶联剂3处理的炭黑的复合体系,其PTC强度较高,NTC强度较低,性能最佳。

  2.2偶联剂对复合体系稳定性的影响对试样进行3次加热-冷却循环,在加热过程中,测量其体积电阻率,试验结果见~.可以发现这4种方法制备的PTC材料的稳定性均较好,但偶联剂3在20 ~120C时的稳定性明显比1、2差。通过分析认为,1、2的极性比3大,因而其对炭黑的分散具有更好的稳定性。在高温时,1、2的分散效果下降,而3因具有耐高温性,故分散效果变化不大。总之,1、2的分散作用在中低温时比3好,在高温时比3差;反之,3的分散作用在尤为差联剂似2的分散效果相似介于偶联褓中低温时较差在高温时较好。

  然后进行测试,结果见~.由~可见,复合材料辐照后比辐照前PTC强度明显加,NTC强度明显降低。在高温时,PE软化,高分子链段运动加剧,对炭黑的束缚力减弱,导致炭黑形成较多的导电链,使试样的电阻率下降,从而降低了试样的PTC强度。辐照交联限制了高温时的炭黑自聚集趋势,使高温时的体积电阻率加,从而使辐照交联后试样的PTC强度加,NTC强度减小。辐照交联使试样在中低温时的体积电阻率也加,但幅度不大。

  2.3辐照交联对复合体系性能的影响442V4真益⑶乓!的辐照容联,MshingHoufe:由0、表2可见,在辐照交联后的1~4试样中,偶联剂3处理的3试样的PTC强度最大,接近107,而NTC强度最小,小于1005,整体性能超过其他试样。

  表21 4交联试样的有关数据试样3结论通过研究发现,用偶联剂1、2、3处理的炭黑制备的PTC材料中,炭黑能够很好地均匀分散,且具有较好的稳定性。

  由于偶联剂12的极性比3强,因而在中低温时具有较好的分散作用,3比12具有更好的耐高温性,使炭黑在高温时的分散性比1、2好。

  (3)通过辐照交联,发现对1 ~4试样均能提高其PTC强度、降低其NTC强度,尤以3试样的改善效果最佳。

  01-4交联试样的lgP-r曲线感谢本课题得到刘辅宜教授的支持,同时得到崔秀芳老师、安春迎老师的帮助,在此表示感谢

(完)

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