Abstract
高分子導電複合材料是把導電填充材摻混於高分子基材中，當導電填充材的含量高到某一特定值（臨界體積分率），導電粒子開始彼此接觸而形成了導電通路，因而具導電性。若高分子基材的熱膨脹係數遠大於導電填充材，則隨著溫度或施加電壓、電流的增加，會使得導電通路中導電粒子間的距離增大，造成電阻值的上升，甚至會有電阻值突然急遽增加的現象，此類的正電阻溫度係數型(PTC)高分子熱敏電阻甚至會從導通的狀態變為不導通的狀態。導電填充物可以是純金屬粉體、合金粒子、碳黑、碳纖維…等具有導電特性的物質，其中金屬(包括合金)由於具有較佳的導電度，由其製備出的導電複合材料具有較低的電阻值，但是金屬的密度遠大於樹脂基材，會發生金屬粒子於樹脂基材中沉降的問題，造成基材中導電粒子分散不均勻的情形，影響系統的導電穩定性。碳黑或碳纖維雖然密度較小較不會有沉降的問題，然而其導電度較差，所製備出的電阻值(歐姆—公分)較大。本研究所採用的導電粒子為在環氧樹脂粒子表面電鍍鎳金屬層的複合型導電粒子，其中環氧樹脂粒子是以PMMA/Epoxy混合物經由聚合引發相反轉的方式製成，而鎳金屬層則是藉由無電電鍍的方式沉積在粒子表面，這樣的導電粒子具有與純金屬粒子一般優異的導電率，也能克服在樹脂基材中沉降的問題。於合成環氧樹脂粒子的實驗中，將探討PMMA/Epoxy的比例、反應溫度、硬化劑的種類(DICY、DDS)、硬化劑的含量及後硬化的處理對環氧樹脂粒子的玻璃轉移溫度及粒徑大小的影響。由結果中顯示，以PMMA/Epon828=40/100、Epon828/DDS=1：1.2的組成，於150℃下反應3小時，再於200℃下進行後硬化2小時所製備出的環氧樹脂粒子具有192℃的玻璃轉移溫度及5.52μm的平均粒徑。在無電電鍍的程序中，電鍍液溫度控制在80℃，攪拌速率為175rpm，電鍍時間為20分鐘，可得到一均勻覆蓋的鎳金屬層。以這樣的製程條件製備出的導電粒子作為本研究中高分子熱敏電阻的導電填充材。高分子熱敏電阻的樹脂基材則是以環氧樹脂(Epon828)搭配不同種類的硬化劑(Ancamine1769、Ancamine2143、DETA)，製備出具有不同玻璃轉移溫度及熱膨脹係數的高分子基材。將上述的導電粒子與樹脂基材摻混硬化後，量測熱敏電阻元件的電阻值，以決定其臨界重量分率，再量測導電粒子摻雜量在臨界重量分率以上的熱敏電阻元件之電阻值與溫度的關係，探討導電粒子含量、回火處理及樹脂基材的玻璃轉移溫度與熱膨脹係數對熱敏電阻的電阻值、臨界重量分率及PTC行為的影響。