聚偏氟乙烯基PTC復合材料的研究現狀

徐楚楠

摘 要：綜合分析了聚偏氟乙烯基復合材料在PTC材料中的應用前景。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系。聚偏氟乙烯（PVDF）屬于極性結晶聚合物，具有較高的介電常數，主要用于壓電材料、介電材料等。由于具有良好的熱穩定性、常溫不易揮發以及易加工特征，使得具有廣泛應用環境，可作為聚合物抗菌劑、增強劑等[1]。將PCT材料與PVDF材料復合在一起開發出具有二者優點材料已經得到廣泛關注[2]。

1 聚偏氟乙烯基PTC復合材料的研究現狀

1.1 碳黑、納米管填充偏氟乙烯復合材料研究

偏氟乙烯具有介電強度高、耐腐蝕性強、抗惡劣環境等優點，文獻[3]將碳黑填充到偏氟乙烯中制備出新的復合材料，通過測試結果表明碳黑濃度對偏氟乙烯電阻有顯著作用，是由結晶狀態造成。當結晶狀態越復雜，溫度系數越明顯，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合材料。使用公式： 進行PTC強度計算。結果表明不同導電性炭黑對PTC溫度系統有影響，使用三元（HDPE/PVDF/CB）材料所制備的復合材料在150kGy輻射照射下能消除電阻溫度系數。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電基體，添加偏氟乙烯材料，結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制備出高介電性能的復合材料。通過測試結果表明在聚氟偏乙烯材料中加入質量分數為7.5%鈦酸鋇介電常數提高到61.43，此外鈦酸鋇添加還提高了介電材料力學性能。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，使用溶劑蒸發方法制備出介電材料。通過XRD、SEM、FTIR等表征方法，結果表明所開發的介電材料介電常數為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合材料。通過測試結果表明當Cu質量分數為20%時，復合材料介電常數達到180。為降低復合材料（TiC/PVDF）的電損耗，采用溶膠凝膠法制備出包含SiO2涂層的復合材料，結果表明SiO2質量分數在9%時介電損耗最低。

1.2 納米聚偏氟乙烯基復合材料研究現狀

納米材料在傳感器、驅動器等元器件開發中具有廣泛應用價值。聚偏氟乙烯由于具有良好的介電性、穩定性等性質，將其應用到納米材料中具有廣闊應用背景。采用溶液流延法制備出多壁碳納米管材料，通過實驗結果表明MWCNT/PVDF在交流電中當應變為0時，介電損耗與MWCNT/PVDF比值有關，與測試電壓無關。采用溶液共溶方法制備出（Ag+BT）PVDF納米復合材料，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，并加入PVDP攪拌，在溫度175℃、壓力為15MPa條件下制備出（Ag+BT）PVDF納米復合材料，此外加入Ag離子能夠降低介電損耗以及電導率。

圖1（Ag+BT）PVDF納米復合材料制備過程

傳統靜電方法制備PVDF壓電纖維由于效率低、工藝復雜，提出使用滾筒收集方式制備PVDF納米纖維。結果表明，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系，靈明度為179mV/kPa，所制備的納米纖維材料為傳感器領域增加了發展方向。

2 結語

在聚偏氟乙烯材料中添加炭黑等物質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，不但體現出聚偏氟乙烯良好的熱敏性能還展現出良好的強度。接下來需要研究材料微觀結構與宏觀性能之間的關系，為聚偏氟乙烯材料提供理論基礎。

參考文獻：

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