4.1概述4.導電復合材料作為復合材料的電導率沒有明確的數值來劃分導體、半導體和絕緣體。2023/7/71

兩種或兩種以上的金屬形成的復合材料顯然是導體；相反，兩種或兩種以上的絕緣體形成的復合材料電導率不會很高。2023/7/72但是，復合材料中如果含有導電和絕緣兩種材料，那么它的電導率或是極端或是一些中間值，這取決于導體和絕緣體的相對含量、幾何分布和組元本身特性。2023/7/73基體：聚合物、金屬、陶瓷、水泥導電填料：炭素、金屬、金屬氧化物導電復合材料可分為兩大類：（2）基體本身具有導電功能的復合材料。（1）將導電體加入到基體中構成的復合材料。

導電復合材料是指復合材料中至少有一種組分具有導電功能的材料。2023/7/74

與金屬導體相比，導電復合材料具有明顯的優勢：1.密度低；2.可供選擇的導電性范圍大，體積電阻率范圍為10-3~1010Ω?cm；3.耐腐蝕性強；4.優良的加工性能，容易加工成各種復雜結構形狀的零件，可大批量生產；5.成本較低。2023/7/75

聚合物基導電復合材料通常是在基體聚合物中加另外一種導電聚合物或導電填料復合而成。導電聚合物通常是指分子結構本身或經過摻雜處理后具有導電功能的共軛聚合物。4.2聚合物基導電復合材料4.2.1簡介2023/7/76

一般將體積電阻率ρv小于109的聚合物基復合材料稱為聚合物基導電復合材料。2023/7/77

抗靜電劑多為極性或離子型表面活性劑，分子結構中含有親水基團和疏水基團。加入聚合物基體中后，其分子經過向復合材料制品表面遷移而形成一層“水膜”，從而達到防止和消除積累在復合材料制品表面的靜電的目的。4.2.2聚合物基導電復合材料的組成1.基體聚合物：橡膠，熱固性樹脂、熱塑性樹脂；2.導電填料：抗靜電劑，各種導電材料2023/7/782023/7/792023/7/7104.2.3聚合物基導電復合材料的導電機理實例：金屬填充材料的導電特性將金屬顆粒混入高分子聚合物，高分子聚合物的電阻率就會發生變化，然而這個變化并非依據加和法則，而是當金屬填料濃度達到一臨界體積c時，金屬填充聚合物發生一個如下圖所示的突然轉換，由絕緣體變成導電體。2023/7/711苯乙烯—丙烯腈共聚物中Al粉和Fe粉的體積分數和電阻率的關系電阻率對數/.cm金屬的體積分數AlFe2023/7/712這一臨界填料量稱之為復合材料的“導電門檻”值。

臨界濃度值與金屬填充顆粒的尺寸、分布、形狀以及制造工藝有很大關系。例如寬粒分布的鋁粉末的臨界體積分數為0.4，而窄顆粒分布的粉末臨界體積分數為0.2。2023/7/713很多研究表明，一些絕緣性復合材料當承受電壓達到臨界值時，會變成高導電性材料。如果沒有大的電流通過，則消除電壓后樣品仍保持較低的電阻率，爾后再恢復到樣品的絕緣狀態。2023/7/714復合材料電導率不僅與金屬填加物體積分數有關，與溫度也有密切關系，從而顯現出正溫度效應和負溫度效應。2023/7/715在一溫度范圍內，復合材料的電阻隨著溫度的升高而升高(正溫度效應)。當超過某一溫度時，其電阻值又隨溫度的升高而下降(負溫度效應)。2023/7/716

由于電阻的正溫度效應、負溫度效應的存在，使復合材料成為一種開關材料。因此，可用于制備各種電子開關器件。2023/7/717現象：體系的電阻率突然下降。1.導電通路的形成（1）在突變點（臨界值）附近導電填料的分布開始形成導電通路網絡。（2）聚合物-填料的界面效應非常重要。如，炭黑臨界含量是一個與體系界面能過剩有關的參數。（3）加工成型過程中的各種因素對復合材料的導電性能影響很大，其實質是兩相界面狀況在加工過程是不斷變化的，并直接對炭黑在基體中的分散狀態發生影響。2023/7/7182.形成導電通路后的導電行為（導電機理）

(1)通過導電粒子之間的直接接觸而產生傳導，即“導電通道學說”。(2)除了粒子之間的接觸，電子也可在分散于基體中的導電粒子間間隙遷移而產生導電現象，即“隧道效應學說”。(3)由于導電粒子間的高強電場，產生發射電流，即“電場發射學說”。2023/7/7193.影響導電性能的因素(1)導電填料種類、性質及含量用的影響炭黑的結構均一、比表面積大、表面活性基團含量少，制備的復合材料的導電性能好；粒子形狀（絮團狀粒子優于球狀及片狀粒子）；填料用量（滲濾閾值）。(2)聚合物種類的影響聚合物基導電復合材料的導電性隨聚合物表面張力減小而升高；對于同一聚合物基體的導電復合材料，其導電性隨聚合物粘度降低而升高；結晶度越低，導電性能越好。2023/7/720(3)成型工藝和成型方法的影響混煉時間：有一最佳值，過長或過短都會導致復合材料的導電性能下降；成型溫度：高，有利于導電填料的分散，使得復合材料的導電性能提高。復合材料的導電性能隨成型方法的變化：層壓>擠出>吹膜>流延

(4)環境條件的影響以結晶性聚合物為基體的復合材料的導電性能隨環境溫度升高而作非線性下降，而以非結晶性聚合物為基體的復合材料導電性能受環境影響很小。2023/7/721共混法機械共混法溶液共混法共沉淀法（比較少）共混法制備的復合材料，導電穩定性主要取決于復合材料中“滲流途徑”的變化，而滲流途徑的變化則和基體聚合物的熱穩定性有關。4.2.4聚合物基導電復合材料的制備方法2023/7/722化學法聚合物單體和導電粒子混合后聚合成型，如聚烯烴/炭黑。非導電聚合物基體上吸附可形成導電聚合物的單體，并且使之在基體上聚合，從而獲得導電復合材料。兩種聚合物單體在乳膠中進行氧化聚合后生成導電復合材料，如聚苯胺/聚吡咯。2023/7/723電化學法首先利用“浸漬-蒸發法”在金屬電極上涂敷一薄層塑料，然后將這一電極作為工作電極放到含有單體的電解質溶液中。由于電解質溶液對基體聚合物的溶脹作用，從而單體有機會擴散到金屬電極表面放電。結果從基體聚合物內部開始導電聚合物不斷聚合，形成導電復合材料。2023/7/7244.2.5幾種典型的聚合物基導電功能 復合材料1.炭黑系導電功能復合材料

炭黑填充型導電聚合物復合材料的導電機理比較復雜，通常包括導電通道、隧道效應和場致發射三種機理，而且是三者競爭的結果。

炭黑，天然的半導體材料，體積電阻率約為0.1~10Ω?cm。2023/7/725

炭黑的導電性與其結構性、比表面積和表面化學特性等因素有關。

導電復合材料的性能指標：導電性，熔融指數，拉伸強度，伸長率等。提高炭黑填充型導電復合材料導電性能的主要方向： 炭黑的改性：高溫處理，表面改性。 新型導電炭黑的開發：2023/7/7262.金屬纖維填充型導電功能復合材料

國外開發和應用較多的金屬纖維是黃銅纖維，其次是不銹鋼纖維和鐵纖維。

是最有發展前途的新型導電材料和電磁屏蔽材料。2023/7/727

金屬纖維的填充量對導電性能的影響規律與炭黑填充的情形相類似，但由于纖維填料形成鏈狀導電通道的概率更大，因此在填充量很少的情況下便可獲得較高的導電率。

金屬纖維的長徑比越大，導電性和屏蔽效果就越好。

選擇合理的混煉工藝參數，螺桿轉速、機筒和模具溫度等。

可添加適當的加工助劑，以提高均勻分散效果。2023/7/728電磁屏蔽復合材料：解決電磁干擾、射頻干擾和信息防竊的復合材料。由于電磁波吸收率依賴于材料的電導率，因此，利用具有一定導電性的復合材料可滿足電磁屏蔽的需要。2023/7/729以高分子材料為基體，填充導電材料可構成適合用于電磁屏蔽的復合材料。由于電磁屏蔽的復合材料具有性能好、成本低、成型工藝簡單的優點，因此成為國際上電子材料研究的熱點。2023/7/730電磁屏蔽復合材料有兩種類型。

(1)填充導電體的形式；其中，填料形成的導電網絡是提供屏蔽功能的基本要素。2023/7/731這種電磁屏蔽復合材料通常由絕緣性良好的熱塑性高分子(如ABS、PC、PP、PE、PVC、PBT、PA及它們的改性和共混的樹脂)和導電性填料(如炭黑、鋁片粉、金屬纖維及表面金屬化的有機和無機纖維)及其他填加物復合而成，其屏蔽效果為40～60dB。2023/7/732鋁片在聚合物中體積分數與屏蔽效率關系體積分數屏蔽效率/dB

屏蔽效果與導電體填充量，導電纖維長徑比有關，由圖中可看出，合適的填料體積分數可獲得好的屏蔽效率，很多研究發現在臨界濃度值附近有最好的屏蔽效果。2023/7/733鋁纖維帶的體積分數、長徑比與屏蔽效率的關系體積分數屏蔽效率/dB圖中表明填充料的長徑比與屏蔽效果也有密切關系，填料長徑比越大，屏蔽性也越大，從另一角度看，長徑比也影響著最佳體積填充量。通常長徑比越大，最佳體積填充分數越低。2023/7/734

電磁屏蔽材料多用于電子設備的屏蔽，由于近代電子設備的數據傳輸多采用電視顯示方式，如計算機終端顯示器、監視器、儀表的圖顯和數顯，都要求既透明，又能阻隔電磁波的材料。從這個角度上看，復合材料中最佳體積填充分數為較低數值是理想的。2023/7/735(2)用金屬絲與無機或有機纖維的混紡紗制成織物可作電磁波反射體。這種反射型復合材料主要用于無線通信天線的電磁波反射裝置，但也可作計算機、復印機、機等電子設備的電磁波屏蔽板。2023/7/7363.纖維增強導電功能復合材料

導電FRP材料：在組成FRP的不飽和聚酯和玻璃纖維中加入導電功能體，通常是碳粉。2023/7/7372023/7/7382023/7/7394.2.6聚合物基導電功能復合材料的應用(1)在抗靜電和導電領域(2)自控溫發熱材料(3)壓敏導電膠(4)電磁波屏蔽2023/7/7404.2.7聚合物基導電復合材料的發展趨勢(1)如何在提高復合材料性能的前提下，降低導電填料的用量。(2)如何在加大導電填料用量以提高導電性能的前提下，保持或增強復合材料的成型加工性能、力學性能和其他性能。(3)開發導電復合材料新品種，開拓新的應用領域。(4)復合材料多功能化，導電，結合阻燃、阻隔、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦。2023/7/741重點方向：(1)導電填料的改性和開發。(2)復合材料的處理和改性。(3)工藝與設備研究。2023/7/7424.3無機非金屬基導電復合材料陶瓷的優點：抗壓、耐磨、耐腐蝕、熔點高。“導電”——開拓新的應用領域。4.3.1陶瓷基導電復合材料Al2O3-ZrO2-AlN-SiCw-X(X-TiB2,TiC,BN)：特點：韌性、耐磨性、導電性。應用領域：陽極材料、發熱元件、傳感器和斷路器，以及用在強電流或高溫條件下有好的力學性能的領域。2023/7/743MoSi2-高溫發熱體，極易脆斷。

AlN-SiC-MoSi2BaPbO3和BaPbO3-Y2O3系導電復合材料不但具有金屬導電特性，而且還具有高溫PTC效應，是一種新型的導電材料，應用領域已經擴大至電子、機械、化工、航天、通訊和家用電器等。2023/7/744發展方向：單一的力學承載功能——“智能化”4.3.2水泥基導電復合材料

在混凝土中摻入不同品質的碳纖維，不僅可以改善混凝土的力學性能，而且可以使其具有導電、屏蔽磁場、屏蔽電磁輻射和應力、應變自檢測