辐射交联对聚乙烯/碳黑复合物PTC/NTC效应的影响

绝缘的聚乙烯中添加导电碳黑，就可以得到导电复合物。当碳黑浓度超过临界浓度（渗闭浓度），导电复合物的电阻率会随着温度的增加而增加（正温度系数效应，PTC effect）。由于聚乙烯／碳黑复合物的PTC效应引起了越来越多的研究兴趣，并且PTC特性得到了广泛的应用。本论文研究了辐射交联对聚乙烯／碳黑复合物PTC效应、NTC效应以及复合物稳定性的影响，以及交联结构对PTC效应和NTC效应的影响，并对PTC效应和NTC效应形成的机理进行了深入的研究。聚乙烯／碳黑复合物的渗闭浓度与聚乙烯的结晶度和碳黑的结构有关。同一种碳黑填充到聚乙烯中，渗闭浓度随着聚乙烯结晶度的减小而增加；而在同一种聚乙烯基质中，聚乙烯／乙炔黑复合物的渗闭浓度要小于Cabot X一72碳黑复合物的渗闭浓度。经过多次升一降温循环后，未交联LDPE/CB复合物的PTC效应的稳定性变差。经过辐射交联后，复合物的稳定性显著增强，并且NTC效应得到有效的抑制，在辐照剂量达到400KGy时，NTC效应基本被消除。在有氧条件辐照，400KGy后，随着辐照剂量的增加，NTC效应又重新出现，而在真空条件下辐照400KGy后，NTC效应消除后不再重新出现。将交联的LDPE/CB复合物的溶胶（聚乙烯中未交联的部分）抽提出去后，得到的纯凝胶复合物的PTC强度显著降低，而NTC强度很小，随辐照剂量变化不大。LDPE/CB复合物的PTC突变是在聚乙烯熔点附近晶区膨胀和与碳黑发生相互作用的无定形区膨胀存在差异的结果。因此PTC效应的形成是聚合物基质的体积膨胀和电子隧道效应共同作用的结果。