HDPE CB 复合材料电热平衡态的导电行为.pdf

HDPE/CB 复合材料电热平衡态的导电行为复合材料电热平衡态的导电行为 宋义虎*1 郑 强 1 章明秋2 (1. 浙江大学高分子科学与工程学系 杭州 310027 2. 中山大学材料科学研究所 广州 510275 E-mail: s_yh0411zju.edu.cn） 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 slope = 1 Ta / oC 19 40 58 78 100 120 J/J0.5 E/E0.5 slope = -1 (2) (1) 样品表面温度 Ts与电场强度 E 的关系可以下式描述，其中 Ta为环境温度，Tsm为无穷 大电场强度下的极限自发热温度，为非线性导电指数。E0.5为T2/ )( asms TT+=时的特征 电场强度，对应电流密度-电场强度(J-E)关系曲线上 J 的最大值(J0.5)。 填充型高分子复合材料的导电行为具有典型的非线性特征，除渗流(Percolation)转变、 电阻正温度系数(PTC)与负温度系数(NTC)效应以及压阻(Piezoresistance)效应外， 电场作用下 的自限温发热(Self-regulation heating)与稳态导电行为也备受关注。本文研究高密度聚乙烯/ 炭黑(HDPE/CB)复合材料在较宽电场强度范围内的自发热与稳态导电行为。 对样品施加电场 10 min 后，记录样品的表面温度以及流经样品的电流，结果分别如图 1 与图 2 所示。 () + = 2 5 . 05 . 0 asmas 1 E E E E TTTT 2 在考虑电热功率与热耗散相平衡的情况下，由式(1)得到稳态电流密度 J 与电场强度 E 之间 的关系 + = 2 5 . 0 2 5 . 0 5 . 0 12/ E E E E JJ 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 1 由图 2 可见，当 Ta 100 °C 时，J/J0.5 E/E0.5关系曲线与环境温度无关。当基体处于半熔融 态(Ta = 100 °C)时，E E0.5时，自发热引起渗流网络逐渐破坏，其贡献 超过电子隧道效应。移去电场瞬间所测试的本征电阻率 (图 4)表明，E E0.5时自发热所引起的渗流网络结构变化是不可逆的。 致致 谢谢 本文得到国家自然科学基金资助重点项目（批准号：50133020）与国家杰出青年基金（批准 号：50125312）资助。 Conduction of Carbon Black Filled High-density Polyethylene Composite at Electric-thermal Equilibrium State Yihu SONG,1 Qiang ZHENG, Mingqiu ZHANG 2 (1. Institute of Polymer composite, Department of Polymer Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China; 2.Materials Science Institude Zhongshan University, Guangzhou 510275,China) Abstract The electric self-heating and the conduction behaviors of a high-density polyethylene/carbon black (HDPE/CB) composite at the electric-thermal equilibrium state are studied. The conduction is related to the electronic tunneling and the resistor breakdown due to self-heating that dominate the nonlinear JE characteristic below and above a critical field strength corresponding to the J maximum, respectively. Influences of the initial structure of the percolation network and the physical state of the matrix to the conduction are also discussed. Keywords: Nonlinear conduction; Slectric self-heating; Composite