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随着电子技术的迅猛发展,导电高分子材料,尤其是复合型导电聚合物,引起人们越来越广泛的重视。由于导电高分子材料可在大范围内根据需要来调节其电阻大小,具有良好的加工性能和优异的力学性能,已成为高分子材料研究中的一个非常活跃的领域。通过外界因素来刺激材料电阻发生变化的智能材料是研究的热点。树脂基电压开关智能导电材料就是当前研究中新出现的一个焦点。
树脂基电压开关智能导电材料在低于临界转变电压时,材料处于高阻状态,是绝缘体;而当施加一个高于临界转变电压的瞬间电压时,材料的电阻率急剧下降,成为导体。这种变化是可逆的。根据文献以及材料的特性,我们选用高密度聚乙烯为基体树脂和第二分散媒介乙烯—醋烯乙酸酯共聚物,添加导电碳纤维,无机导电粉末以及金属粉作为导电填料,采用模压成型工艺,通过复合材料的协同作用以及复合树脂的双阈渗效应来制备具有电压敏感的导电复合材料。本文通过实验分析确定影响导电填料填充聚乙烯复合材料的因素,研究了各种导电填料的阈渗关系以及工艺条件对导电性能的影响。通过电镜以及电子显微镜研究复合微观结构,并在此基础上建立了数学模型进行对实验和理论之间的拟合,对复合体系的体积电阻率曲线用三次方程进行了拟合,最后研究了材料的电阻—外加电压特性。
研究结果表明,导电填料的添加量与材料的电阻率存在非线性关系,当达到导电阈渗值时,材料由绝缘体转变为导体。对填料进行预处理可以提高材料的导电性能以及其它综合性能。填料的形态也对电阻率有影响。在导电模型的指导下,建立复合材料的导电模型方程,从而得到体积电阻率与导电含量的函数关系,并发现其具有很好的相关性,能有效预测电阻率和填料用量,当复合材料在预测的阈渗值附近,存在电压敏感性,电压智能开关材料的制备提供了一种可能,将进一步拓宽聚合物的应用领域。