论文摘要
填充型导电高分子材料已广泛应用于电子、能源、化工、宇航等领域，被认为是最有发展前景的导电高分子材料之一。在复合型导电高分子材料中，为了使导电组份在基体中形成连续的导电网络结构，填充量要求超过导电渗滤阈值。一般来说，粒子填充导电复合材料的渗滤阈值都比较高，往往超过20％。高填充量会对材料带来一些不利影响，如增加了复合体系的熔体粘度，可加工性能和力学性能变差，因此，降低导电组份的填充量是改善复合型导电高分子材料的关键之一。本论文以聚丙烯(PP)和低密度聚乙烯(LDPE)为基体，以导电碳黑(CB)为导电填料，制备了一系列的导电复合材料。研究了导电复合材料获得较低渗滤阈值的原料配比和工艺条件，探讨了导电复合材料的渗滤曲线以及渗滤阈值的计算方法，同时对导电复合材料体系的形态、结晶性能、流变性能和正温度系数(PTC)效应进行了研究。对两相体系CB／PP、CB／LDPE和三相体系CB／PP／LDPE导电性能的研究表明，与前者相比，多相体系表现出相对较低的渗滤阈值，其原因是CB主要分布在LDPE相中；同时，发现PP／LDPE的质量比为8／2时，多相导电材料具有最低的渗滤阈值(4.9％)；改变CB、PP、LDPE三者的共混顺序，能够得到不同渗滤阈值的导电复合材料。对导电复合材料形态的研究表明，CB选择性地富集在LDPE相中，这个与渗滤阈值理论的推测相一致。而对导电复合材料的PTC效应的研究发现，PTC效应与渗滤网络的连续相变化有关。与双相导电复合材料相比，利用双渗滤理论所制备的多相导电复合材料能够提高材料的PTC强度。同时，发现在PTC转变过程中，在体系渗滤阈值附近的PTC强度比较大；CB含量远离渗滤阈值时，PTC强度不明显。对多相导电材料复合体系(CB／PP／LDPE)流变性能的研究表明，体系的复数粘度、损耗模量、储能模量都随碳黑含量的变化出现相似的变化趋势：随着导电体系碳黑含量的增加，体系表现出切力变稀特性；在低频区，当CB含量低于5％时，CB对体系的流变行为对频率有一定的依赖性，而当CB含量高于5％时，体系的流变行为对频率的变化不敏感，表现出类固体行为，说明体系中CB粒子已形成阻碍大分子运动的网络结构。对比导电渗滤行为，复合体系的流变阈值(2.36％、)相对较低，分析认为出现导电行为所要求的碳黑粒子间的距离比出现流变行为要求的粒子间的距离小，所以要达到该体系的导电渗滤(导电的渗滤阈值为4.9％)就需要更多的碳黑填充以降低碳黑粒子间的距离。对导电复合材料的结晶性能进行了研究，结果表明，在复合体系中PP对LDPE结晶性能的影响较LDPE对PP的影响大；通过碳黑含量变化对复合材料体系中的PP相和LDPE相的影响，从侧面证明碳黑主要富集在LDPE相中。5％的碳黑含量为复合材料非等温结晶动力学参数的临近值，分析认为，这与复合材料中碳黑含量超过导电渗滤阈值4.9％后形成导电网络有关。对体系力学性能的研究表明利用双渗滤阈值理论所制备的多相导电复合材料的力学性能优于两相导电复合材料。
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标签：多相导电高分子材料论文; 低密度聚乙烯论文; 聚丙烯论文; 碳黑论文; 渗滤阈值论文;