徐楚楠

摘 要：綜合分析了聚偏氟乙烯基復(fù)合材料在PTC材料中的應(yīng)用前景。聚偏氟乙烯中添加石墨烯、炭黑、納米碳管等材料能提升聚偏氟乙烯溫度熱敏性。所制備聚偏氟乙烯納米材料為溫度熱敏材料提供了新的制備方法。

關(guān)鍵詞：聚偏氟乙烯;溫度熱敏;納米管

0 引言

PTC屬于正溫度熱敏材料，具有自身電阻與溫度成遞增關(guān)系。聚偏氟乙烯（PVDF）屬于極性結(jié)晶聚合物，具有較高的介電常數(shù)，主要用于壓電材料、介電材料等。由于具有良好的熱穩(wěn)定性、常溫不易揮發(fā)以及易加工特征，使得具有廣泛應(yīng)用環(huán)境，可作為聚合物抗菌劑、增強劑等[1]。將PCT材料與PVDF材料復(fù)合在一起開發(fā)出具有二者優(yōu)點材料已經(jīng)得到廣泛關(guān)注[2]。

1 聚偏氟乙烯基PTC復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀

1.1 碳黑、納米管填充偏氟乙烯復(fù)合材料研究

偏氟乙烯具有介電強度高、耐腐蝕性強、抗惡劣環(huán)境等優(yōu)點，文獻[3]將碳黑填充到偏氟乙烯中制備出新的復(fù)合材料，通過測試結(jié)果表明碳黑濃度對偏氟乙烯電阻有顯著作用，是由結(jié)晶狀態(tài)造成。當(dāng)結(jié)晶狀態(tài)越復(fù)雜，溫度系數(shù)越明顯，偏氟乙烯強度越高。文獻[4]采用聚偏氟乙烯作為基體與炭黑混合通過擠出成型方式制備出復(fù)合材料。使用公式： 進行PTC強度計算。結(jié)果表明不同導(dǎo)電性炭黑對PTC溫度系統(tǒng)有影響，使用三元（HDPE/PVDF/CB）材料所制備的復(fù)合材料在150kGy輻射照射下能消除電阻溫度系數(shù)。文獻[5]為降低溫室電阻，使用氧化石墨烯以及多壁碳納米管作為導(dǎo)電基體，添加偏氟乙烯材料，結(jié)果表明該方法能夠降低材料電阻。文獻[5]采用PVD、BaTiO3為原料擠出成型技術(shù)制備出高介電性能的復(fù)合材料。通過測試結(jié)果表明在聚氟偏乙烯材料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%鈦酸鋇介電常數(shù)提高到61.43，此外鈦酸鋇添加還提高了介電材料力學(xué)性能。文獻[6]將石墨烯加入到聚偏氟乙烯材料中，提高了材料介電常數(shù)達到137，此外石墨烯加入還能降低介電損耗，損耗值為0.29。將氮化鋁粉加入到聚偏氟乙烯中，使用溶劑蒸發(fā)方法制備出介電材料。通過XRD、SEM、FTIR等表征方法，結(jié)果表明所開發(fā)的介電材料介電常數(shù)為55。趙月濤使用溶液流延法制備出不同相PVDP膜，通過測試結(jié)果表明，該材料電阻率最高為22.7TΩ.m、重放電率達到73.35%。趙陽在PVDP材料中加入Cu顆粒，采用溶液共混方法制備出復(fù)合材料。通過測試結(jié)果表明當(dāng)Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時，復(fù)合材料介電常數(shù)達到180。為降低復(fù)合材料（TiC/PVDF）的電損耗，采用溶膠凝膠法制備出包含SiO2涂層的復(fù)合材料，結(jié)果表明SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在9%時介電損耗最低。

1.2 納米聚偏氟乙烯基復(fù)合材料研究現(xiàn)狀

納米材料在傳感器、驅(qū)動器等元器件開發(fā)中具有廣泛應(yīng)用價值。聚偏氟乙烯由于具有良好的介電性、穩(wěn)定性等性質(zhì)，將其應(yīng)用到納米材料中具有廣闊應(yīng)用背景。采用溶液流延法制備出多壁碳納米管材料，通過實驗結(jié)果表明MWCNT/PVDF在交流電中當(dāng)應(yīng)變?yōu)?時，介電損耗與MWCNT/PVDF比值有關(guān)，與測試電壓無關(guān)。采用溶液共溶方法制備出（Ag+BT）PVDF納米復(fù)合材料，制備過程如圖1所示。首先在BT表面引入羥基官能團，接著與MPTS在甲苯中反應(yīng)，并加入PVDP攪拌，在溫度175℃、壓力為15MPa條件下制備出（Ag+BT）PVDF納米復(fù)合材料，此外加入Ag離子能夠降低介電損耗以及電導(dǎo)率。

圖1（Ag+BT）PVDF納米復(fù)合材料制備過程

傳統(tǒng)靜電方法制備PVDF壓電纖維由于效率低、工藝復(fù)雜，提出使用滾筒收集方式制備PVDF納米纖維。結(jié)果表明，所制備的納米纖維壓力傳感器在0.145到0.165MPa下，壓力與電信號成正比關(guān)系，靈明度為179mV/kPa，所制備的納米纖維材料為傳感器領(lǐng)域增加了發(fā)展方向。

2 結(jié)語

在聚偏氟乙烯材料中添加炭黑等物質(zhì)能夠提高聚偏氟乙烯的溫度熱敏性，為PTC電材料制備提供了新的方法。將聚偏氟乙烯制備成納米材料，不但體現(xiàn)出聚偏氟乙烯良好的熱敏性能還展現(xiàn)出良好的強度。接下來需要研究材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系，為聚偏氟乙烯材料提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻：

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