本文针对碳纤维复合材料的导电性能研究与开发现状作一些介绍。
1碳纤维复合材料的导电性能1.1碳纤维复合材料的导电特性通常,GF、KF纤维强高分子复合材料均为绝缘材料,体积电阻率在1010m以上,而碳纤维的体积电阻率约为1200X106 106ncm,利用碳纤维强聚合物可获得具有导电性的复合材料。由于碳纤维导电具有方向性,因而碳纤维在复合材料中的形态结构,分布状况决定了材料的性能,使得碳纤维复合材料的电阻率可在较大范围内调节。另外,聚合物基体的可加工性很强,决定了碳纤维导电复合材料具有许多特别的优异性能,目前国内外对此有很多相关报道提出,是应用自洽条件处理球形颗粒组成的多相复合体系各组元的平均场理论。
微结构模型的建立试图达到两个目的:描述各种不同结构复合材料的导电性;通过对材料结构的研究手段来设计聚合物基导电复合材料。然而,尽管有一些简单的微结构模型,但一般并不具备普遍性。
以上四种模型虽然从不同角度描述了导电复合材料导电通道的形成理论,但均有一定的局限性,且未有一种理论能很好解释填充型导电复合材料的导电性能。
1.2.2室温导电机理等研究认为:由于碳纤维复合材料内含40%左右的树脂,导电能力比金属材料低得多,因纤维取向不同所致各向异性在导电性能上表现为有方向性,因此其电磁特性与金属材料相差较大。CFRP对电磁波的透射性能与电磁反射、电磁屏蔽等电性能有着直接的关系。通过对CFRP铺层方式、层数及纤维取向与雷达波透射性能的关系的研究表明:随铺层层数的加,材料的透射系数降低;随纤维与电场方向夹角旧0X191 <90*)大,材料的透射系数升高。陈耀庭1等研究认为:CF含量达一定程度时,对高屏电磁波的屏蔽效果较好,CF铺层加,屏蔽效果提高。
导电复合材料的压敏效应通常是指在外压力作用下复合材料导电性发生转变的过程(高阻一低阻),而拉敏效应则指在外部拉力作用下导电性发生转变的过程(低阻一高阻)。有关碳纤维复合材料的拉敏特性的报道目前仅限于橡胶基体这是因为橡胶易于在外力作用下发生形变,用导电机理来解释:在导电功能体己形成一定数量导电通路的条件下,在外电场作用下对己经处于导电状态的复合材料施以拉力,超过某一临界值时,复合材料的形变使得导电通路被破坏而呈高阻态。碳纤维复合材料的压敏效应可用同样原理来解释。
关于碳纤维复合材料的压敏效应的研究报道很多,不仅在弹性体基体范围,而且扩展到水泥基复合材料中。毛起等研究了CF的含量、长径比及水泥石组成结构对压敏性的影响14 ~16,认为只有在适当掺量和长度的纤维均匀分散在水泥基体中,被基体隔开而又相邻时有*好的压敏性,并有可能开发成一种本征型应力传感器。
由于碳纤维具有性能稳定、导电性能良好和比表面积大等优点,己被用于作为沉积型电极材料1 7.沉积型电极可用于从贵金属稀溶液中沉积贵金属;碳纤维特别适合于制作沉积型电极。另外,目前高效节能电极、燃料电极以及正在开发的储能电池都选择碳纤维及复合材料作电极材料,这种电极材料具有重量轻,体积小,寿命长,力学性能好,导电性能好等优点。
3展望碳纤维导电复合材料受到广泛关注,正成为复合材料的研究和开发的重点。目前的研究热点主要包括如下几方面:效应;电磁屏蔽性及抗电磁干扰性;目前,碳纤维导电复合材料己成功用于抗静电材料、电池电极材料、电接触材料、电子设备的屏蔽及抗电磁波干扰材料及面状发热材料等。由于碳纤维的存在形式、在复合材料中的含量、基体种类决定了碳纤维导电复合材料具有不同的功能,可以预见,这种复合材料将具有更大的研究、开发和应用潜力。