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以高分子基体材料和导电添加剂复合构成的聚合物PTC(PositiveTemperature Coefficient)材料具有电阻率随温度升高而增大的特性,在一定的温度范围内,随着温度的升高其电阻率可以迅速增加几个数量级,引起材料科学家的广泛关注并在多个领域获得应用。本论文以PP、HDPE、LDPE为基体材料,并率先采用石墨代替碳黑作为导电填充材料制作成功了具有明显PTC效应的高分子复合导电材料。在系统研究了材料配比、加工工艺对材料PTC强度、电阻转变温度及转变规律的影响后;实验结果证明,采用具有一定粒径的石墨颗粒作为导电添加剂构成的HDPE/石墨和石墨/LDPE体系具有非常明显的PTC效应和电热性能,是理想的新型自控温加热导电材料。 实验结果表明,LDPE/石墨体系在40℃-110℃温度范围内,产生PTC效应,材料的电阻率提高可达5个数量级以上。起始阶段,PTC效应随着温度的提高逐步增大,一般在80℃左右时达到最大值。当材料温度接近其熔点(115℃)时出现NTC效应。其电阻率温度敏感范围随着石墨含量的不同有所不同,基本上随着石墨含量的提高,敏感起始温度也随之提高,其变化规律与材料的玻璃化转变温度相一致。由于材料比重的影响,相对于碳黑导电添加剂体系,获得同样的PTC效应一般需要更高的石墨含量,一般含量超过30%才可以获得明显PTC效应;石墨含量达到35%时可以获得最大PTC效应。从材料制备的重复性和稳定性考虑,退火处理是高分子PTC材料的重要工艺之一,实验结果证明,在基体材料接近熔融态时比较合适。经过退火处理后,一般低温时电阻率会有一定程度的提高。考虑到导电添加剂的界面性质的重要性,对石墨粉体材料进行预处理是必要的,特别是经过有机溶剂清洗后,可以有效降低高分子PTC材料的低温电阻率,一般可以降低一个数量级左右。 而对于HDPE/石墨体系来说,由于其基体材料的结晶度和熔点均高于LDPE,故PTC效应敏感范围出现在90℃—130℃范围内,材料的电阻率变化也可以达到5个数量级。在100℃之前,PTC系数增加较缓慢,105℃之后快速提高,在130℃之后迅速转变成NTC效应。相对于石墨/LDPE体系,在较低石墨含量时就可以获得明显PTC效应,如HDPE/石墨体系在含25%左右石墨时就可获得最大的PTC