水泥基材料的导电机理-地坪漆网
水泥基材料的导电机理-地坪漆网
水泥基材料的导电机理和第三章中介绍的环氧树脂类放静电涂料的机理有所不同(环氧树脂为绝缘材料,水泥基材料为弱导电材料)。水泥基导电材料由导电材料和绝缘材料复合而成。当掺加的石墨粉或者导电纤维等导电材料和水泥基材料复合时,在导电材料的体积分数小于某一个临界值时,复合材料的电阻率随导电材料掺量的增加而缓慢减小;当导电材料的体积分数达到临界值以后,复合材料电阻率将随导电材料掺量的增加而急剧减小,电阻率的减小可达几个数量级;当导电材料掺量进一步增大时,复合材料电阻率的减小又平稳。这是由于在导电材料的掺量较小时,导电材料孤立的分散在水泥基材料中,导电作用不大,因而导电材料的掺量对复合材料电阻率的影响不明显;随导电材料掺量的增大,导电材料之间形成导电网链,当导电材料的掺量使导电网链初步形成时,材料的电阻率急剧减小,而当导电网链完全形成后,导电通路足够通畅,因而材料的电阻率随导电材料的掺量增加而减小,但是减小的速度大大降低。
无线网链理论分析表明,导电材料由孤立分散状态变为连续网状结构形成导电网链,是一个突变的过程。相应的,复合材料的导电性也会出现突变。实际上导电通路是逐步形成的,是一个导电通路从无到有、从短到长、从量变到质变的过程。因此,导电材料还有一个中间的过渡状态。所以,在导电复合材料中,当导电材料由少到多、由孤立分散到连续的过程中,导电材料在复合材料中的分布有:(1)完全孤立分散,彼此不接触;(2)导电材料部分连续,形成短链,链与链之间有机体填充;(3)导电材料形成贯穿的连续链三种状态。
在第一种状态下,水泥基导电复合材料的电阻率取决于基体,导电材料的掺量对复合材料的电阻率影响很小;在第二种状态下,短链的长度随导电材料的掺量增加而迅速增大,水泥基导电复合材料的电阻率也急剧减小;在第三种状态下,水泥基导电复合材料的电阻率取决于导电材料本身的电阻率、导电材料界面间的电阻率和导电链的数量,基体的作用很小。贯穿的长链形成后,水泥基导电复合材料的电阻率随导电材料掺量的增加而缓慢减小。
在水泥基导电复合材料中,所掺加的碳纤维和石墨是电子导电材料,具有金属导电性,频率对它们的电阻率没有影响。干燥的水泥石是弱导电性的,其导电作用主要依赖于其中的弱束缚离子,具有一定的电容作用,其电阻率随频率的增大而减小。当导电材料的掺量逐渐增大时,基体的作用不断减小,导电材料的作用不断加强,水泥基导电复合材料的导电性也逐渐向金属性过渡,对频率的依赖性变小。导电通路形成后,水泥基导电复合材料的电阻率不再随频率而变。随着龄期的增长,水泥石的渗水网络越来越细小弯曲,电荷的定向移动也更加困难,电阻率逐渐增大,因此当导电材料的含量小于下阈值时,水泥基导电复合材料的电阻率随龄期的增长而不断增大;当导电材料的含量形成导电通路时,基体的电阻率不再影响水泥基导电复合材料的电阻率。