PVC%2fPS共混物的相分离行为研究.pdfVIP

聚乙烯／碳黑导电复合材料渗流曲线分析 沈烈·1夏州1危大福1益小苏1，2 1：浙江大学2：先进复合材料圈防重点实验窒 将导电填料t例如碳黑)加入绝缘的聚合物基体即得到导电复合材料．两相混合物 的电阻率随导电填料体积分数的变化l可改变，电阻率与导电填料体积分数的关系称为渗 流曲线。对于导电复合材料已有大量的实验和理论工作来解释导电填料含量和复合材料 各组分的形貌对电性能的影响，其中有效介质普适方程(GEM方程)已经对大量的渗流 曲线进行了精确的拟台。碳黑／聚乙烯复合材料中由于炭黑的大量分布很难观测其微观形 貌，本文对不同辐照交联程度碳黑／聚乙烯复合材料的渗流曲线进行分析，试图找出GEM 方程各参数与复台材料各组分彤貌的关系，为导电复合材料的设计和制备提供理论基础。 GEM方程是由McLachlalll987年提出来的，GEM方程的电导率表达式为 (1一庐)(盯l。’一盯m‘’)．妒(盯h“一仃m”)n 7 ～十一……一一u 仃r+爿盯。” 盯h”+彳盯m1 式中≯为高电导率组分的体静{分数，成为高电导率组分的临界体税分数，在临界体积分 数下高电导率组分在复合材料中形成『}参流通路．oi、吼和oIm分别为低电导率组分、 高电导率组分和复合材料电导率(电阳率为口口’，)，，为参数。GEM方稃中两个形貌 参数函。和，，是有其物理意义的，出这阿个参数可得到高电导率组分和低电导率组分的 退磁系数b和^r。 电阻率o．m与碳黑体积分数≯的关系拟合到GEM方程中，用最小二乘法原理进行四参数 拟合，求出GEM方程的网个参数。i．砚，磊和z，冉得到另外嘏个参数。‰和“。发现 导电粒子的退磁系数￡‘分别为0040，0．039，0024和0018，均远小丁l，3，说明碳黑粒子 在聚合物基体中不是以单独颗粒状分布，向是在沿电场方向碳黑粒子自聚形成导电链。 聚合物基体的退磁系数￡r大小则反映r基体包覆导电粒子的状况，反映r基体阻碍电流 758和o 通过的程度，，r分别为O553，O568，o 809，均远大于I／3．说明基体在垂直于电 流方向的取向占优势，在实际体系中，聚合物基体形成r包覆导电填料的二维网络，由 j二辐照交联在聚乙烯非晶区形成了稳定的网状结构，冈此．辐照交联程度越高，b值亦 越大．渗流闽值办越大。 根据经典的渗流理论，对于二二维体系f接近]i2，它与复台材料填允粒子的微结构育 关，实验数据经GEM方程拟台得到，=2 05，但是对辐照空联后的复合材料．指数f随着 125，3 辐照交联程度的提高而升高，分别达剑f=2 768和4 783，这与辐照交联对复合 材荆做结构的影响自芙。碳黑的颗粒很细，易自聚，自聚体中禽碳黑数目较多、结构较 联系八：沈烈．浙江大学高分子系．3l(1027．国筇863计划资助项目(863．715．007．0080 f-232 复杂，9l|J称为“高结构”碳黑；丽白聚体中禽碳黑数日较少、结构较简单，则称为“低 结构”碳黑，显然，商结构的碳黑有较低的渗流斛值。商结构碳黑导电粒子填充体系的 8和，：4 指教f=2，而·f，结构和低结构碳黑粒子填充体系的指数分别为r=2 o．也就是 说，碳黑自聚体结构越简单．碳黑颗粒之间的平均距离越大，r值越离。术实验用的导电 扣了为商结妈的厶炔黑，其r值接近’ji理论值2，辐照交联可能破坏由碳黑粒_f形成f}匀部 分导IU网络，造成碳黑粒子之间的平均距离增大，，值升高。炭黑和聚台物混合形成的复 合材料中，碳黑颗粒自聚体破绝缘聚台物所分散，碳黑含最越多，碳黑自聚体之间的半 均距离越小，实验表明，即使碳黑含量远远超过临界体积分数，碳黑自聚体也不会连成 一片，拥互接触的自聚体之问仍有厚度20A的聚合物夹层．凼此盎碳黑，聚合物复合材料 中隧道教应和渗流网络托存。高结构碳黑自聚体由f含碳黑数目较多、结构