Reduction of room temperature resistivity by morphology control of conductive composites for permanent fuse

通过形态控制永久熔断器用导电复合材料降低室温电阻率

基本信息

批准号：
21K04666
负责人：
堀邊英夫
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka Metropolitan University (2022)Osaka City University (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ポリマーに導電性粒子（フィラー）を充填すると、絶縁体であるポリマーに導電性を持たせることができる。これを導電性複合材料という。マトリックスに非相溶のポリマーから成るポリマーブレンドを用いると、フィラーは一方のポリマーに優先的に局在し、ポリマーの相構造によりフィラーの局在領域が変化するため、電気特性の制御が期待できる。相構造はポリマーのブレンド比や種類に左右され、主に海島構造か共連続構造のモルフォロジーを形成する。共連続構造をとるとき、フィラーの局在可能範囲は海島構造の海部分よりも狭く、島部分に局在した時のように断裂しないため、より効率的に導電パスを形成することができる。さらに、フィラーと親和性が低い方のポリマーにフィラーを先に充填し、後に親和性の高い方のポリマーを充填すると、フィラーは親和性の高い方のポリマーに移動し、その過程でフィラーがポリマー界面に局在するとき、最も効率よく導電パスが形成されると考えて、それを実現できるかについて検討を行った。具体的には、ポリマーの種類や試料作製手順と電気特性との相関について、フィラーの移動に着目して実験を行った。具体的なポリマーとしては、高密度ポリエチレン（HDPE）/ポリフッ化ビニリデン（PVDF）/カーボンブラック（CB）を用いた。CBはHDPEと親和性が高いことをあらかじめ”溶解実験”により確認した。PVDFとCBを先に溶融混練する「PVDF先混練」では、CBはPVDFからHDPEに混練時間とともに移動していくことがわかった。また、移動途中のフィラーがポリマー相界面に存在する時、最も低い抵抗率をとることを確認した。

用导电颗粒（填充剂）填充聚合物，使得将聚合物（是绝缘剂）进行电导的。这称为导电复合材料。当使用由基质中的不兼容聚合物组成的聚合物混合物时，填充剂优先定位于其中一个聚合物，并且填充物的定位区域会根据聚合物的相结构而变化，从而可以控制电气性能。相结构取决于聚合物的混合比和类型，并且主要形成海岛或共连接结构的形态。当采用共连接结构时，填充物的定位范围比海岛结构的海部分狭窄，并且不像岛屿部分的位置那样撕裂，从而使导电路径的形成更有效。此外，当填充剂首先用较低亲和力填充聚合物，然后较高亲和力聚合物时，填充剂将带有较高亲和力的聚合物，并且当填充剂位于过程中的聚合物界面上时，导电路径将最有效地形成，我们已经研究了是否可以实现此方法。具体而言，对填充物在聚合物的类型以及样品制备程序和电气性能之间的相关性方面的运动进行了注意。特异性聚合物是高密度聚乙烯（HDPE）/聚乙烯二烯氟化物（PVDF）/碳黑色（CB）。通过“溶出实验”事先证实，CB与HDPE具有高亲和力。在“ PVDF预缝制”中，首先将PVDF和CB融化并揉捏，发现CB在揉捏时间内从PVDF移动到HDPE。还可以证实，当填充物存在于聚合物相界面处时，可以达到最低的电阻率。