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。

当聚合物中填充有导电颗粒（填料）时，可以使作为绝缘体的聚合物具有导电性。这称为导电复合材料。当基体中使用由不相容聚合物组成的聚合物共混物时，填料优先集中在一种聚合物中，并且填料的局部区域根据聚合物的相结构而变化，因此电性能预计可以控制。相结构取决于聚合物的共混比和类型，主要形成海岛或共连续形态。当填料具有共连续结构时，填料可局部化的范围比海岛结构的海洋部分窄，并且填料不会像局部化在岛部时那样破裂，因此可以更有效地形成导电路径。此外，如果先将填料填充到与填料亲和力较低的聚合物中，然后再填充到亲和力较高的聚合物中，则填料会向亲和力较高的聚合物移动，在此过程中，填料会转移到亲和力较高的聚合物中。考虑到导电路径在界面处形成最为有效，我们研究了是否可以实现这一点。具体来说，我们进行了实验来检查聚合物类型、样品制备程序和电性能之间的相关性，重点关注填料的运动。作为具体聚合物，使用高密度聚乙烯(HDPE)/聚偏二氟乙烯(PVDF)/炭黑(CB)。我们之前通过“溶解实验”证实CB与HDPE有很高的亲和力。结果发现，在“PVDF预混合”中，首先将PVDF和CB熔融并捏合，随着捏合时间的增加，CB从PVDF迁移到HDPE。还证实当移动填料存在于聚合物相界面时电阻率最低。