在聚合物基体中加入导电填料,可以提高高分子材料的导电性能,从而制备出复合型导电高分子材料。这些导电填料包括各种碳纤维、碳黑、石墨和金属及金属氧化物粉末,其中应用最广的是碳系填料。碳系填充复合型导电高分子材料不仅在腐蚀环境中可以用来代替金属材料既满足导电的要求,又能耐腐蚀,还能满足一些其它特殊应用的需求。 建立这类材料的导电模型便于进行有效的材料设计,模型越准确,越能够更好地帮助我们找出影响材料导电性的因素,深入理解复合型导电高分子材料的导电机理,制备出理想的导电高分子复合材料。同时,考虑材料所需达到的导电性能,通过建立物理模型并进行一系列的数学处理和运算来预测材料的导电性,能大为减少试验工作量,减少材料消耗,降低生产成本。 本文通过实验分析确定影响短切碳纤维填充热固性树脂复合材料导电性的若干因素,在此基础上建立短切碳纤维/热固性树脂基复合材料的导电模型;并研究这种材料的电阻-温度特性,探讨导致短切碳纤维/热固性树脂基复合材料电阻-温度效应的主要原因,以更好地理解材料的导电机理。另外,我们还发现了这类材料的一种新的特殊效应—材料破坏时的电磁发射效应。 实验结果表明,碳纤维的长径比和取向显著影响了复合材料的导电性,纤维长径比越大、取向角越小,材料的导电性越好;将碳纤维进行表面处理可提高复合材料的导电性和电阻在温度变化下电阻的稳定性;材料的PTC效应在渗滤逾值区域表现最为明显,而体积膨胀是形成PTC效应的主要因素之一。基于以上实验结果,我们提出了短切碳纤维/热固性树脂基复合材料的导电机理,并借鉴了We ber的模型,建立了这类导电复合材料的结构型导电模型,实验结果与理论预测值吻合较好。此外,我们还发现该材料在破坏时有明显的电磁发射现象,这使得碳纤维/树脂基复合材料可作为一种智能材料,将进一步拓宽碳纤维/树脂基复合材料的应用领域。