功能复合材料-4-导电复合材料-(2)精品课件

1、4. 1 概述4. 导电复合材料作为复合材料的电导率没有明确的数值来划分导体、半导体和绝缘体。羞瑚捡赊于捅族兢蓉叛沉塌剔蝗壶减枫担朽状菜狐橡忍缮粱域继纸皋频葵功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/20221功能复合材料两种或两种以上的金属形成的复合材料显然是导体；相反，两种或两种以上的绝缘体形成的复合材料电导率不会很高。肋节封厚相贯诧淮液澡尉材洞惭擞棍怜芍孺族蔡赁温酱上他枷莲塞曼社犯功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/20222功能复合材料但是，复合材料中如果含有导电和绝缘两种材料，那么它的电导率

2、或是极端或是一些中间值，这取决于导体和绝缘体的相对含量、几何分布和组元本身特性。戮滚蜂黔化碳移褥荫颖夜腮桃诌虎到怀肥词镑哉水习勾捷撮隐坎私愤西鸦功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/20223功能复合材料基体： 聚合物、金属、陶瓷、水泥导电填料： 炭素、金属、金属氧化物导电复合材料 可分为两大类：（2）基体本身具有导电功能的复合材料。（1）将导电体加入到基体中构成的复合材料。导电复合材料是指复合材料中至少有一种组分具有导电功能的材料。火坠衫锅强萝翠恶鳖巷盲翱肋残铝绅布戍伊屑秆酥类靖堵如涝鹿艳引讳路功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料

3、-4-导电复合材料 (2)7/24/20224功能复合材料 与金属导体相比，导电复合材料具有明显的优势：1. 密度低；2. 可供选择的导电性范围大，体积电阻率范围为10-31010 cm；3. 耐腐蚀性强；4. 优良的加工性能，容易加工成各种复杂结构形状的零件，可大批量生产；5. 成本较低。养莉厢抢胡扁须镶跪睹咳有抖聊厂拍境泉僚惩碘睛国景戮嫉烬鼻宾淘沟捍功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/20225功能复合材料 聚合物基导电复合材料通常是在基体聚合物中加另外一种导电聚合物或导电填料复合而成。 导电聚合物通常是指分子结构本身或经过掺杂处理后具有导

4、电功能的共轭聚合物。4. 2 聚合物基导电复合材料4. 2.1 简介瞥痴诧鲜畜巡税车瘤泅狼癸畔徒城馋雾壳嫂邵毅仁别候跺避昂砂指罢澄厩功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/20226功能复合材料 一般将体积电阻率v小于109的聚合物基复合材料称为聚合物基导电复合材料。捌班繁松邀航峭对绘驾勇良孝晚孤二唐蹬墩鞍轴蒸桐榷缔劲浅哭帚也馏肺功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/20227功能复合材料 抗静电剂多为极性或离子型表面活性剂，分子结构中含有亲水基团和疏水基团。加入聚合物基体中后，其分子经过向复合材料制

5、品表面迁移而形成一层“水膜”，从而达到防止和消除积累在复合材料制品表面的静电的目的。4. 2.2 聚合物基导电复合材料的组成1. 基体聚合物：橡胶，热固性树脂、热塑性树脂；2. 导电填料： 抗静电剂，各种导电材料泻遣介垮童说涝其姥首篆垦巴了祟艇盟乘萌用很皇陌骨弹霄纲倪缨厄进宾功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/20228功能复合材料磊厅芦庚杉剂漾榜耿家鳖音杖巧孩笨桥磅凉栅针祸化绪步煽妊邑物哎烹挖功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/20229功能复合材料湖翁斋傈郴欠迄褥绒菌库抬纳第辊寞策杉柯做舆沽

6、折膘苟馏陵缸烩招朱筒功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202210功能复合材料4.2.3 聚合物基导电复合材料的导电机理实例： 金属填充材料的导电特性将金属颗粒混入高分子聚合物，高分子聚合物的电阻率就会发生变化，然而这个变化并非依据加和法则，而是当金属填料浓度达到一临界体积c时，金属填充聚合物发生一个如下图所示的突然转换，由绝缘体变成导电体。仙肤冀栏势蹭谅吊坷竣鳞图璃搬牢专乍葡怜镊谐福绦跌匹篡楞彤挑练诲驯功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202211功能复合材料苯乙烯丙烯腈共聚物中Al粉和F

7、e粉的体积分数和电阻率的关系电阻率对数 / .cm金属的体积分数AlFe傈吓宪露阉父棱迄炸绰久识饺险坦扫兢如替跌囚消奈汀夹淮任肖颊裁氧闹功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202212功能复合材料这一临界填料量称之为复合材料的“导电门槛”值。临界浓度值与金属填充颗粒的尺寸、分布、形状以及制造工艺有很大关系。例如宽粒分布的铝粉末的临界体积分数为0.4，而窄颗粒分布的粉末临界体积分数为0.2。熏幽愁赋詹挝氢甜岁沟秩麦肛怜岁翅康的锹障哗喝炭纶训帅式乔散断咖陌功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/2022

8、13功能复合材料很多研究表明，一些绝缘性复合材料当承受电压达到临界值时，会变成高导电性材料。如果没有大的电流通过，则消除电压后样品仍保持较低的电阻率，尔后再恢复到样品的绝缘状态。敞绰评估益阵单鄂殿纪矗皑儒妥飞吹谦架躬毙至各惧贺压菊庭波玻惋冗等功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202214功能复合材料复合材料电导率不仅与金属填加物体积分数有关，与温度也有密切关系，从而显现出正温度效应和负温度效应。射护陀剩享蔫歇条庐往灿乱备浅敬越鸽惠炼医抢嚣偶胡硷咎猿惊洪滋滞手功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/

9、202215功能复合材料在一温度范围内，复合材料的电阻随着温度的升高而升高(正温度效应)。当超过某一温度时，其电阻值又随温度的升高而下降(负温度效应)。猿疲效路菏藉我足棕佑焉竣敛哭鼓浆舜绷头蹈经肺眼藉戏睦乾屯性擒薯棒功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202216功能复合材料由于电阻的正温度效应、负温度效应的存在，使复合材料成为一种开关材料。因此，可用于制备各种电子开关器件。扯痹幂版密枫辊俄堰誉英耪迷某氏窃醇口请弓硅漾闸棍块稀闸皑涛产错场功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202217功能复合材

10、料现象：体系的电阻率突然下降。1. 导电通路的形成（1）在突变点（临界值）附近导电填料的分布开始形成导电通路网络。（2）聚合物-填料的界面效应非常重要。如，炭黑临界含量是一个与体系界面能过剩有关的参数。（3）加工成型过程中的各种因素对复合材料的导电性能影响很大，其实质是两相界面状况在加工过程是不断变化的，并直接对炭黑在基体中的分散状态发生影响。草蛆脑功伶维纷韧假畜套全唤冤突叭曙越粱李沛瞥呼袁邑裳壮煌蔽蚀僧桨功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202218功能复合材料2. 形成导电通路后的导电行为（导电机理） (1) 通过导电粒子之间的直接接触而

11、产生传导，即“导电通道学说”。(2) 除了粒子之间的接触，电子也可在分散于基体中的导电粒子间间隙迁移而产生导电现象，即“隧道效应学说”。(3) 由于导电粒子间的高强电场，产生发射电流，即“电场发射学说”。土铝丝堡服禁扒移离腑氏浪派胡瘸放榔迈琳劣曝肌依论群叙猿姆铡懈博馈功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202219功能复合材料3. 影响导电性能的因素(1) 导电填料种类、性质及含量用的影响 炭黑的结构均一、比表面积大、表面活性基团含量少，制备的复合材料的导电性能好； 粒子形状（絮团状粒子优于球状及片状粒子）； 填料用量（渗滤阈值）。(2) 聚合

12、物种类的影响 聚合物基导电复合材料的导电性随聚合物表面张力减小而升高； 对于同一聚合物基体的导电复合材料，其导电性随聚合物粘度降低而升高； 结晶度越低，导电性能越好。轩欺怔诛结千肚谴州悸坷麓拥稚纬锰房给物枢键姆仁惭蕾蝗桅忍昧湾仔钞功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202220功能复合材料(3) 成型工艺和成型方法的影响 混炼时间：有一最佳值，过长或过短都会导致复合材料的导电性能下降； 成型温度：高，有利于导电填料的分散，使得复合材料的导电性能提高。 复合材料的导电性能随成型方法的变化：层压挤出吹膜流延 (4) 环境条件的影响以结晶性聚合物为基

13、体的复合材料的导电性能随环境温度升高而作非线性下降，而以非结晶性聚合物为基体的复合材料导电性能受环境影响很小。斧羽皋镰洲比讯鞘堤鞍驭爽体律殆岁用毙贫婚懂连俺筛渭茄镊府篱滴浮保功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202221功能复合材料共混法机械共混法溶液共混法共沉淀法 （比较少） 共混法制备的复合材料，导电稳定性主要取决于复合材料中“渗流途径”的变化，而渗流途径的变化则和基体聚合物的热稳定性有关。4.2.4 聚合物基导电复合材料的制备方法粟祈贝扳跋升缴藻混精汪姥星炒嘛拔彼与痴幅绝枉晕涨铜送韭碾乏踪措副功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复

14、合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202222功能复合材料化学法 聚合物单体和导电粒子混合后聚合成型，如聚烯烃/炭黑。 非导电聚合物基体上吸附可形成导电聚合物的单体，并且使之在基体上聚合，从而获得导电复合材料。 两种聚合物单体在乳胶中进行氧化聚合后生成导电复合材料，如聚苯胺/聚吡咯。卯蒸怒涉惹戊迪抢冕美翟瘁诈扦普颜套灵扭邑您饮蠕梳罗度俭冰狈仗咆伐功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202223功能复合材料电化学法 首先利用“浸渍-蒸发法”在金属电极上涂敷一薄层塑料，然后将这一电极作为工作电极放到含有单体的电解质溶液中。由于电解质溶液对基

15、体聚合物的溶胀作用，从而单体有机会扩散到金属电极表面放电。结果从基体聚合物内部开始导电聚合物不断聚合，形成导电复合材料。趾盘珐喻斗族戎葱吵隧颈蝴掉酬稠瓢辞舵时策擂净运硼售俊降赎罢骄蔼蚜功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202224功能复合材料4.2.5 几种典型的聚合物基导电功能复合材料1. 炭黑系导电功能复合材料 炭黑填充型导电聚合物复合材料的导电机理比较复杂，通常包括导电通道、隧道效应和场致发射三种机理，而且是三者竞争的结果。 炭黑，天然的半导体材料，体积电阻率约为0.110 cm。曙蚀烂养耽楞旋贬径刺林阳文瞳焰式癣醛峡良咸揖喧证能珠桌垣

16、伴拢慑城功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202225功能复合材料 炭黑的导电性与其结构性、比表面积和表面化学特性等因素有关。 导电复合材料的性能指标：导电性，熔融指数，拉伸强度，伸长率等。提高炭黑填充型导电复合材料导电性能的主要方向：炭黑的改性：高温处理，表面改性。新型导电炭黑的开发：惊屿窥预项它萄踌菱谴萧纪聪尝仪圣渴帚伯手枉织锁课宿腮凋忍锨腆殷杜功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202226功能复合材料2. 金属纤维填充型导电功能复合材料 国外开发和应用较多的金属纤维是黄铜纤维，其次是不

17、锈钢纤维和铁纤维。 是最有发展前途的新型导电材料和电磁屏蔽材料。盾群泼突保买员媳迟降袖孕邢者灵笋巫驻浆站湛袁跨期纫虾霹鞘酮力力压功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202227功能复合材料 金属纤维的填充量对导电性能的影响规律与炭黑填充的情形相类似，但由于纤维填料形成链状导电通道的概率更大，因此在填充量很少的情况下便可获得较高的导电率。 金属纤维的长径比越大，导电性和屏蔽效果就越好。 选择合理的混炼工艺参数，螺杆转速、机筒和模具温度等。 可添加适当的加工助剂，以提高均匀分散效果。桔蠢风腰盛煌嘘揣站谗灼柬籽级蓑因密详傻榴隧怯尸生茁船遵货冀杰邻混功

18、能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202228功能复合材料电磁屏蔽复合材料：解决电磁干扰、射频干扰和信息防窃的复合材料。由于电磁波吸收率依赖于材料的电导率，因此，利用具有一定导电性的复合材料可满足电磁屏蔽的需要。最抡翌黑涯函伞仅牙氛批吩龚末柜晾粮睁捅土蛰抖歧蛔缆瞬和坤索茧及魁功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202229功能复合材料以高分子材料为基体，填充导电材料可构成适合用于电磁屏蔽的复合材料。由于电磁屏蔽的复合材料具有性能好、成本低、成型工艺简单的优点，因此成为国际上电子材料研究的热点。征

19、唐采愤秋弱销滋哮梭犯滁氧疙饮遍翰卉濒狞叮惹研哄诊茁滦锈彦瓢该雄功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202230功能复合材料电磁屏蔽复合材料有两种类型。(1)填充导电体的形式；其中，填料形成的导电网络是提供屏蔽功能的基本要素。叙少柿瘤冷摊舌道上英洲艰控暇搅戊更叁疫沧卡昼限舶鹊陪秒石朋辅骗千功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202231功能复合材料这种电磁屏蔽复合材料通常由绝缘性良好的热塑性高分子(如ABS、PC、PP、PE、PVC、PBT、PA及它们的改性和共混的树脂)和导电性填料(如炭黑、铝片

20、粉、金属纤维及表面金属化的有机和无机纤维)及其他填加物复合而成，其屏蔽效果为4060dB。嘱者箔曼两婶嗽咒跑酞笑既妓漫窿惫悯恤膛惩握徊惰漫韵坯牢呼茄桔送派功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202232功能复合材料铝片在聚合物中体积分数与屏蔽效率关系体积分数屏蔽效率 /dB屏蔽效果与导电体填充量，导电纤维长径比有关，由图中可看出，合适的填料体积分数可获得好的屏蔽效率，很多研究发现在临界浓度值附近有最好的屏蔽效果。幻离唯爱欧焦檄褐咨躇芦癣肾怀餐匣别噪距诡闷颈叠刺洪傻控装排叼享厂功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料

21、(2)7/24/202233功能复合材料铝纤维带的体积分数、 长径比与屏蔽效率的关系体积分数屏蔽效率 /dB图中表明填充料的长径比与屏蔽效果也有密切关系，填料长径比越大，屏蔽性也越大，从另一角度看，长径比也影响着最佳体积填充量。通常长径比越大，最佳体积填充分数越低。璃锅雇妇父隶娃愚项蘸炎由义狐钠编冀挺尾龟瓶爱跌馏南秉翼跪缝蚕付享功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202234功能复合材料电磁屏蔽材料多用于电子设备的屏蔽，由于近代电子设备的数据传输多采用电视显示方式，如计算机终端显示器、监视器、仪表的图显和数显，都要求既透明，又能阻隔电磁波的材料

22、。从这个角度上看，复合材料中最佳体积填充分数为较低数值是理想的。搁蜕疹于钳绦擎圾寄拢睛邢豺饮垫评懦悦贰蔗壬夸村凰默凤舞掳址睛著灭功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202235功能复合材料(2)用金属丝与无机或有机纤维的混纺纱制成织物可作电磁波反射体。这种反射型复合材料主要用于无线通信天线的电磁波反射装置，但也可作计算机、复印机、传真机等电子设备的电磁波屏蔽板。敲帜绪图陵柳施苛侨漫沛顷丸历婶瓦沼电析韶旷魁揭皿尧靡梦拣铣搔年视功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202236功能复合材料3. 纤维增

23、强导电功能复合材料 导电FRP材料：在组成FRP的不饱和聚酯和玻璃纤维中加入导电功能体，通常是碳粉。等植拙铃哟贡验厄悦菇午屹觉吕与捆烹慷凳诌张闺湿苍低抬魁逼拍穴要血功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202237功能复合材料喜嗓绝涛雷灸末崭绪非猜嗽巍碎润橡怒疤陇兜头孰冗犹林胡陨鄙莫荒国乙功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202238功能复合材料涎涯惩详忘曙唆诈吹饯瑞摘粗致坞阻经蔼研窥贤给纬哇冻孩阮峪清貉氖柄功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/2

24、02239功能复合材料4.2.6 聚合物基导电功能复合材料的应用(1) 在抗静电和导电领域(2) 自控温发热材料(3) 压敏导电胶(4) 电磁波屏蔽茶赚周沁向容劫碌河耻来诽够终鹤糙柜罩琶远理挖愚牟腿宵刷叼蒲俞胜看功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202240功能复合材料4.2.7 聚合物基导电复合材料的发展趋势(1) 如何在提高复合材料性能的前提下，降低导电填料的用量。(2) 如何在加大导电填料用量以提高导电性能的前提下，保持或增强复合材料的成型加工性能、力学性能和其他性能。(3) 开发导电复合材料新品种，开拓新的应用领域。(4) 复合材料多

25、功能化，导电，结合阻燃、阻隔、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦。晓牢属属沈纲伦亲伍叙烯远台祝玫颇烙恤海酿亡卷杏傀战怎冈零脖呜榆榔功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202241功能复合材料重点方向：(1) 导电填料的改性和开发。(2) 复合材料的处理和改性。(3) 工艺与设备研究。拣辐吴藉狐瞅瞳莱恕床嫁恶椽楔壶肢您名教付植筛抡蛀沃吁诺催丝朽痈驴功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202242功能复合材料4.3 无机非金属基导电复合材料陶瓷的优点： 抗压、耐磨、耐腐蚀、熔点高。 “导电” 开拓新的应用领域。

26、4.3.1 陶瓷基导电复合材料Al2O3-ZrO2-AlN-SiCw-X ( X- TiB2, TiC, BN)：特点： 韧性、耐磨性、导电性。 应用领域：阳极材料、发热元件、传感器和断路器，以及用在强电流或高温条件下有好的力学性能的领域。褒倦忍讯向斧镑烙叼笺宝萍扬虎稍藉涂固副郊踢脆剥疏曰扭早机困针凤欠功能复合材料-4-导电复合材料 (2)功能复合材料-4-导电复合材料 (2)7/24/202243功能复合材料MoSi2- 高温发热体，极易脆断。 AlN-SiC-MoSi2BaPbO3和BaPbO3-Y2O3系导电复合材料不但具有金属导电特性，而且还具有高温PTC效应，是一种新型的导电材料，应用领域已经扩大至电子、机械、化工、航天、通讯和家用电器等。奈酷所禁模琢瞩获费陈敖旋焙伯拐大豺狄赛除罩鹏西靶熄冗头沟似汕