热敏电阻器广泛应用于我们的日常生活中,根据温度系数的不同,其可以分为正温度系数(PTC)热敏电阻器,即电阻器的阻值随着温度的升高而增大,以及负温度系数(NTC)热敏电阻器,即电阻器的阻值随着温度的升高而减小。其中,PTC热敏电阻器可被用于自调节加热器、过流保护、微动开关传感器和火灾报警等方面,而NTC热敏电阻器则可以用于电路补偿、温度测量和化学反应检测等方面。导电高分子复合材料(CPCs)是一类由绝缘聚合物基体和导电填料组成,具有优异的电、热或机械性能,在工程应用方面拥有广阔前景的多功能材料,而温度-电阻效应也是其具有的一种重要特性。目前,大多数PTC材料或者NTC材料都是基于结晶型聚合物基体来进行研究的,其原理也大都是基于结晶聚合物基体的体积膨胀效应,当温度接近结晶聚合物基体的熔点时,由于结晶聚合物基体大的体积膨胀,导致导电填料之间的距离增大或者减小,从而出现相应的PTC效应或者NTC效应。但是对于非晶聚合物基体的温度-电阻效应却鲜有报道,那么其是否也具有类似的温度-电阻效应呢?为了解决上述疑问,本文主要从非晶聚合物入手,以非晶聚合物作为基体,通过添加不同的导电填料,构建不同的导电网络,研究其温度-电阻效应。主要包括以下几个方面的内容:(1)以非晶态的聚苯乙烯(PS)和氯磺化聚乙烯(CSPE)作为基体,以多壁碳纳米管(MWCNTs)作为导电填料,采用原位聚合法构建了具有半互穿网络的PS/CSPE-MWCNTs导电高分子复合材料。通过电镜观察,发现MWCNTs选择性地分布在PS相中,且分散性良好;通过电阻随温度的变化测试,证实了PS/CSPE-MWCNTs复合材料在低温时的电阻率变化不明显,但当温度达到PS的玻璃化转变温度(T_g)时,PS/CSPE-MWCNTs复合材料表现出明显的PTC效应,且PTC强度大于5个数量级。与此同时,在较宽的温度范围内并没有出现NTC效应。综上所述,本工作实现了非晶高分子基导电高分子复合材料也具有PTC效应的初步设想。(2)在上一个的实验中,虽然通过半互穿网络的构建成功实现了非晶高分子基导电高分子复合材料的PTC效应,但是对于MWCNTs这种电学性能优异的导电填料来说,PS/CSPE-MWCNTs复合材料的逾渗阈值(0.89 wt%)仍旧过高,而且其力学性能也特别差。因此,在本章工作中,采用均相本体聚合构建了一种由非晶态聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)和MWCNTs构成的新型互穿网络。其中,由MWCNTs形成的互穿“岛链”网络均匀地分布在PU相,实现了良好的导电性和超低逾渗阈值(0.01 wt%)。同时,在该PS/PU-MWCNTs复合材料中还观察到了优异的PTC效应和极好的PTC效应重复性,而且PTC强度几乎达到了6个数量级。此外,PS/PU-MWCNTs复合材料的力学性能也通过两种基体比例的调节得到了一定的增强。(3)上述两个实验都是通过构建半互穿网络或者互穿网络来实现非晶高分子基导电高分子复合材料的PTC效应,换言之,都是双基体的复合材料。而使用两种基体往往要考虑其相容性,这就大大地限制了基体材料的选择。若能选用一种聚合物作为单基体,再通过发泡在聚合物内部形成孔隙,不仅能拓宽基体材料的选择,还理应可以实现和上述两个实验类似的温度-电阻效应。为了验证上述观点,在本章工作中,采用非晶态的聚氨酯(TPU)作为单基体,利用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对其进行简易发泡处理。同时,综合经济性以及导电性,选择石墨(G)作为导电填料。结果发现,价格更低廉的石墨掺杂的TPU复合材料具有良好的导电性,且其逾渗阈值也相对比较低(0.1 wt%),当石墨含量约为0.1 wt%时,TPU-G复合材料的电导率较纯TPU的电导率有6个数量级的上升。除此以外,TPU-G复合材料也具有明显的温度-电阻效应,只是和前两个双基体的复合材料不同,呈现的不是PTC效应,而是NTC效应。