功能性聚丙烯基纳米复合材料的研究

论文摘要

本论文通过熔融法制备功能性聚合物基复合材料。该复合材料以聚丙烯为基体,多壁碳管（MWNTs）为导电填料,球型纳米颗粒钛酸钡（BT）为介电填料。本论文希望通过MWNTs和BT间的体积排除（volume-exclusion）作用降低MWNTs含量从而减小复合材料的渗透阈值,改善其导电性能。此外,根据渗透理论,MWNTs的引入将有助于提高复合材料的介电常数,从而解决介电复合材料体系中存在的陶瓷填料颗粒添加量太大的问题,避免损坏复合材料的机械性能。由于大量无机颗粒的引入,填料的分散性成为影响复合材料性能的关键因素。因此,将采用表面改性对其进行改性,提高其分散性能。添加3wt%以上的MWNTs将使PP基复合材料由绝缘材料变为导电材料。将40wt%的BT引入到PP/MWNTs复合材料中,由于BT与MWNTs之间的体积排除作用,PP/MWNTs复合材料的导电性能得到提高。使用钛酸酯偶联剂对MWNTs或BT进行改性后,PP/MWNTs/BT三相复合材料的电导率进一步得到提高。同时对MWNTs和BT进行改性,2wt%的MWNTs将使PP/MWNTs/BT三相复合材料变为导电材料。除此之外,MWNTs的引入有助于显着提高PP/BT两相复合材料的介电性能。然而,为控制介电损耗,MWNTs含量将控制在阈值以下。加入2wt%的MWNTs,PP/改性BT复合材料的介电常数达到28,约是纯PP的7倍,是未改性的相应复合材料的3倍。导电性能及介电性能的提高将使PP三相复合材料有更多的实际应用。无机颗粒本身也具有较好的导热性能,因此也可用于制备导热材料。本文研究了MWNTs及BT对PP基体热性能的影响。研究表明无机颗粒的引入确实可提高材料的热导率。MWNTs与BT间的体积排除作用同样有利于导热网络的形成,增加了颗粒间的接触面积。但要想获得理想性能,填料含量的添加量一般很大。改性后,相应的复合材料的热导率反而下降。可能是因为有机的改性剂不利于声子传播。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 聚合物基纳米复合材料
• 1.2 复合材料制备方法
• 1.2.1 溶液法
• 1.2.2 熔融法
• 1.2.3 原位聚合法
• 1.2.4 其他方法
• 1.3 填料及其表面改性
• 1.3.1 导电型填料
• 1.3.2 介电填料
• 1.3.3 导热填料
• 1.3.4 填料的表面改性
• 1.4 导电型聚合物基复合材料
• 1.4.1 复合材料导电机理
• 1.4.2 降低渗流阈值,提高电导率的方法
• 1.5 高介电常数聚合物基复合材料
• 1.5.1 基本介电理论
• 1.5.2 电容值提高的理论分析
• 1.5.3 高介电常数复合材料研究进展
• 1.6 导热型聚合物基复合材料
• 1.6.1 影响导热的因素
• 1.6.2 提高热导率的方法
• 1.6.3 论文选题的目的及意义
• 第二章 实验
• 2.1 主要原料及设备
• 2.2 BT及MWNTs的改性
• 2.3 PP复合材料的制备
• 2.4 性能测试及表征
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 最佳加工条件的确定
• 3.1.1 加工温度的影响
• 3.1.2 加工时间的影响
• 3.2 PP/MWNTs复合材料的导电性能
• 3.2.1 PP/MWNTs复合材料的渗流阈值
• 3.2.2 PP/MWNTs两相复合材料导电性能的影响
• 3.3 PP/BT复合材料介电性能的研究
• 3.3.1 PP/BT两相复合材料介电性能的研究
• 3.3.2 MWNTs对PP/BT两相复合材料介电性能的影响
• 3.4 PP/MWNTs复合材料的导热性能的研究
• 3.5 BT及MWNTs表面改性
• 3.5.1 BT及MWNTs表面改性后红外及SEM谱图
• 3.5.2 BT及MWNTs的表面改性对PP复合材料导电性能的影响
• 3.5.3 BT及MWNTs的表面改性对PP复合材料介电性能的影响
• 3.5.4 MWNTs与BT的表面改性对PP复合材料导热性能的影响
• 3.6 PP复合材料流变性能的研究
• 3.6.1 BT与MWNTs的表面改性对PP复合材料黏度的影响
• 3.6.2 黏度对PP复合材料电性能的影响
• 3.6.3 BT及MWNTs的表面改性对PP复合材料储能模量的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师介绍
• 附件