聚乙烯炭黑/6炭纤维复合材料阻温特性沈烈1，徐建文1，益小苏2（1.浙江大学高分子科学与工程学系，杭州310027；2.先进复合材料国防重点。平均长度为0.16cm，长径比下降至20试样厚度为2mm，而长度大于0. 3mm的碳纤维几乎可以忽略不计，因此可以排除碳纤维横穿试样形成导电网络的可能性。

　　22碳纤维对阻温特性的影响聚乙烯基复合材料试样为炭黑含量18wt%，碳纤维含量分别为0w%，6wt%，10w%和14wt%.炭黑含量18wt%已经超过了渗流阈值。根据Calleja等人的理论|1，碳纤维不仅通过自身的相互搭接形成导电网络黑粒子对相邻邻碳纤维的“桥ibli CF含量对复合材料阻温曲线的影响碳纤维含量对复合材料的阻温特性有明显的影响为炭黑含量18wt%，碳纤维含量分别为0wt%，6wt%，10wt%和14w%试样的阻温曲线。可以看到，碳纤维的加入使得复合材料PTC现象更加明显。首先，在PTC转变温度以前，复合材料的电阻率变化随着碳纤维含量的增加趋于平缓，尤其是碳纤维含量14wt%的试样，从室温到115*C电阻率仅升高1.51.cm；另外，复合材料的PTC强度及PTC转变点的温度系数AlogdAT均随碳纤维含量的增加而增加，见表1DSC分析结果碳纤维含量/w%061014熔点/C126.一般认为，PTC效应的产生是由于导电填料和聚合物基体的热膨胀系数不同造成的。随着温度的升高，由于聚合物基体（聚乙烯）的热膨胀系数远远大于导电填料（炭黑）的热膨胀系数，导致导电填料的体积分数逐渐减小，炭黑粒子之间的距离增大，室温下形成的炭黑粒子导电链（炭黑体积分数大于渗流阈值的情况下）被逐渐隔断，尤其是在聚合物的熔点附近，聚合物的体积膨胀急剧增加，*终导致试样的导电网络破坏对试样进行DSC分析发现，碳纤维的加入几乎不影响聚乙烯的结晶行为，如表1，试样的熔点和结晶度变化很小，因此可以忽略结晶对复合材料导电性能变化的影响。在碳纤维炭黑乙烯复合材料中存在着两种填料的导电特性，碳纤维提供远程导电，炭黑不仅提供近程导电，而且还对相邻碳纤维的搭接起了高时，炭黑粒子之间的距离逐渐增大，近程导电首先受到破坏，而碳纤维的远程导电还未受到破坏，碳纤维的长径比为20，相当于炭黑粒子的导电链，通过炭黑粒子的”桥接“作用，碳纤维相互搭接形成的导电网络可以适当地补偿由于炭黑粒子距离增大而引起的导电性的下降。因此，在PTC转变温度以前，复合材料的电阻率变化会随着碳纤维含量的增加而趋于平缓。温度继续升高，聚乙烯基体的体积膨胀达到一定程度时，碳纤维的远程导电也受到破坏，此时复合材料的近程导电和远程导电均受到破坏，电阻率急剧上升，产生强烈的PTC效应因此，随着碳纤维含量的增加，PTC强度增加，PTC转变区域变窄，即PTC转变点的温度系数增加。

　　从复合材料的电阻率随温度的上升和下降的变化情况可以看到，在相同温度下，复合材料升温时的电阻率均大于降温时的电阻率，升温曲线和降温曲线之间形成了一个回滞圈，且回滞圈的宽度随着碳纤维含量的增加而减小，如―般认为，阻温曲线的回滞圈直接与聚合物基体的体积膨胀回滞圈关联，升温时聚合物晶体相继融化，宏观上体积增加，导致复合材料电阻率的下降，逆过程是聚合物熔体不断降温，由于聚合物熔融态的结构调整和链段弛豫，使得聚合物的结晶温度比熔点低，体积突降的温度要比升温时体积突增的温度低，因此，电阻率突降的温度也要比电阻率突增的温度低，形成了阻温曲线的回滞圈。显然，回滞圈的宽度与结晶有关但DSC分析表明，碳纤维的加入几乎不影响聚乙烯的结晶行为，见表1因此，可以认为，当试样从聚合物的熔融态不断降温时，聚乙烯逐渐结晶，碳纤维含量较高的试样中，较早地形成了以远程导电为主的导电网络，电阻率下降，回滞圈宽度变窄。由于碳纤维远程导电的存在，复合材料导电网络的破坏需要更大的体积膨胀，因此，随着碳纤维含量的增加PTC转变温度移向高温，如3结论在聚乙烯炭黑短切碳纤维复合材料中存在着两种填料的导电特性，碳纤维提供远程导电，炭黑不仅提供近程导电，而且还对相邻碳纤维的搭接起了“桥接”作用。因此，在聚乙烯炭黑导电复合材料中加入碳纤维能显著提高复合材料的导电性；在PTC转变温度以前，温度升高只破坏近程导电，通过炭黑粒子的“桥接”作用，碳纤维相互搭接形成的导电网络可以适当地补偿由于炭黑粒子距离增大而引起的导电性的下降，因此，复合材料的电阻率变化会随着碳纤维含量的增加而趋于平缓温度升高到聚乙烯熔点附近，复合材料的近程导电和远程导电均受到破坏，电阻率急剧上升，产生强烈的PTC效应因此，随着碳纤维含量的增加，PTC强度增加，PTC转变区域变窄由于碳纤维远程导电的存在，复合材料导电网络的破坏需要更大的体积膨胀，因此，随着碳纤维含量的增加，PTC转变温度移向高温从聚合物的熔融态不断降温，碳纤维含量较高的试样中，较早地形成了以远程导电为主的导电网络。电阻率下降，使得复合材料回滞圈宽度变窄，提高了升降温电性能的重复性。因此，碳纤维的加入有助于提高复合材料的热敏开关特性和稳定的电性能