聚烯烃材料：抗冲共聚聚丙烯的结构与高密度聚乙烯导电复合材料的性能

论文摘要

本论文的第一部分以查找反应器合金抗冲共聚聚丙烯（IPC）质量原因为主线,在IPC的组成、链结构以及凝聚态结构方面进行了深入研究。用偏光显微镜（PLM）、广角X射线衍射（WAXD）、扫描电子显微镜（SEM）、动态力学分析（DMA）、原子力显微镜（AFM）等手段,对同一装置不同催化剂体系生产的两种乙烯含量、相对分子质量及其分布几乎完全相同但韧性相差甚远的IPC的结晶形态、晶粒尺寸、相形态进行研究,分析两者的凝聚态结构与性能之间的差异,确定了IPC-B韧性不佳的直接原因,并基于实验数据阐明了长序列的乙丙嵌段共聚物（E-b-P）的作用。 试验结果表明,IPC-A和IPC-B的结晶形态、结晶行为、晶粒尺寸相似,表明其结晶完整性和结晶能力相近。IPC分散相颗粒的聚集发生在注塑加工过程中。根据IPC注塑前后的亚微相形态以及温度、混炼在加工过程中的作用,建立了注塑加工过程中IPC分散相的增长模型。分散相与基体的界面张力越小、相容性越差,聚集程度愈高;反之则低。由于相容性差,导致了IPC-B的分散相尺寸大、分布不均,这是其韧性差的直接原因。此外,分散相呈现出一种复杂的多相结构,外层为软的乙丙无规共聚物（即乙丙橡胶,EPR）,内部含有硬的形状不同、分布不均的聚乙烯晶区,构成一种复杂的包藏结构。 采用温度梯度萃取分级（TGEF）、核磁共振（NMR）、差示扫描量热（DSC）、付里叶变换红外光谱（FTIR）等方法,从组成和链结构的角度研究了影响IPC材料冲击韧性的因素,并提供了由于作为相容剂的长序列可结晶的E-b-P的缺乏而最终导致材料分散相颗粒粗化、韧性劣化的实验证据,确定了影响IPC韧性的关键原因。根据组成和链结构的分析结果,进行了IPC的相组成分析,建立起相应的相结构模型,以反映IPC多相体系的相结构及两种IPC中E-b-P的作用与差异。 本文的第二部分研究了炭黑（CB）填充高密度聚乙烯（HDPE）自限温发热材料中CB的填充量对其阻温特性及发热行为的影响。研究结果表明,发热温度最高的材料中CB含量对应于导电渗流区域下限的含量。随着电压的升高,发热材料的响应时间明显缩短,即材料的输出功率与耗散功率越易达到平衡,体现在发热元件的升温速率加快。此外,通过用TEM、SEM观察可清晰地看到CB的

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 总论
• 第—部分 抗冲共聚聚丙烯的结构与力学性能研究
• 第一章 绪论
• 1.1 聚丙烯的发展
• 1.2 抗冲共聚聚丙烯的生产工艺
• 1.3 抗冲共聚聚丙烯的分级及组成、链结构表征
• 1.3.1 单溶剂分级
• 1.3.2 多溶剂分级
• 1.3.3 升温淋洗分级
• 1.3.4 交叉分级
• 1.3.5 温度梯度萃取分级
• 1.4 抗冲共聚聚丙烯的相形态表征
• 1.4.1 扫描电子显微镜观察
• 1.4.2 透射电子显微镜观察
• 1.4.3 原子力显微镜观察
• 1.4.4 动态力学分析
• 1.5 课题的提出和意义
• 参考文献
• 第二章 抗冲共聚聚丙烯的凝聚态结构与冲击韧性
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 测试与表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 分子量及冲击韧性
• 2.2.2 晶态结构
• 2.2.3 相形态
• 2.3 小结
• 参考文献
• 第三章 抗冲共聚聚丙烯的链结构与相的组成归属
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原材料
• 3.1.2 样品分级
• 3.1.3 测试与表征
• 3.2.结果与讨论
• 3.2.1 样品分级
• 3.2.2 链结构分析
• 3.2.3 乙丙嵌段共聚物对韧性的影响
• 3.2.4 相的组成归属分析
• 3.2.5 相结构模型
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第四章 第—部分的主要结论与创新点
• 第二部分 高密度聚乙烯（HDPE）／炭黑（CB）导电复合材料的应用研究
• 第五章 绪论
• 5.1 概述
• 5.2 高分子PTC材料的研究与开发
• 5.2.1 基料的研究
• 5.2.2 导电填料的研究
• 5.2.3 PTC特性的稳定化
• 5.3 复合型高分子自限温发热元件的分类与研究
• 5.3.1 分类
• 5.3.2 研究
• 5.4 课题的提出和意义
• 参考文献
• 第六章 HDPE／CB自限温发热材料的形态及电热特性
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 发热材料及元件制备
• 6.1.2 电热性能测试
• 6.1.3 形态观察
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 CB含量对导电性的影响
• 6.2.2 CB含量对发热温度的影响
• 6.2.3 CB含量对阻温特性的影响
• 6.2.4 混炼次数对导电性能的影响
• 6.2.5 CB及发热材料的微观形态
• 6.3 小结
• 参考文献
• 第七章 HDPE／CB自限温发热元件的电热特性及导电模型
• 7.1 实验部分
• 7.1.1 发热管制备
• 7.1.2 仪器设备
• 7.1.3 测试标准及方法
• 7.1.4 术语及定义
• 7.1.5 电热性能测试
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 自限温发热管的开发及电热特性
• 7.2.2 低压自限温加热带的开发及电热特性
• 7.2.3 发热元件的等效电路模型与电流模型
• 7.3 小结
• 参考文献
• 第八章 HDPE／CB自限温发热材料及元器件的应用
• 8.1 实验部分
• 8.1.1 发热器件制备
• 8.1.2 冷启动模拟试验装置
• 8.2 结果与讨论
• 8.2.1 在汽车方面的应用
• 8.2.2 在民用领域的应用
• 8.3 小结
• 参考文献
• 第九章 第二部分的主要结论与创新点
• 攻读博士学位期间发表的论文、申请的专利及取得的科研成果
• 致谢
• 作者简介