炭黑/聚烯烃导电复合材料的性能研究

论文摘要

导电高分子复合材料是近年来人们重点关注与研发的一类新型功能材料。本文以炭黑（乙炔炭黑ACET CB、超导电炭黑HG-1P）填充聚烯烃（聚丙烯PP、聚乙烯PE）熔融共混模压制备导电高分子复合材料,一方面,研究了混炼工艺、CB分布形态、CB含量、热处理等对CB/PP复合材料电阻率与力学性能的影响及其作用机理；另一方面,探讨了CB/PE/PP复合材料各组分的分布形态、电阻率及力学性能。随着混炼温度的提高、混炼时间的延长,CB/PP复合材料的电阻率都是先减小后增大。混炼温度对CB的分散、试样的成型性及缺陷都有很大影响,过长或过短都对其导电性不利。随着混炼时间的增加,CB在CB/PP复合材料中分散得越好,但混炼时间继续延长时,辊轴间对复合体系的剪切作用由促进CB分散向破坏CB二次结构转变,反而使CB/PP复合材料的导电性变差。本实验范围内,混炼温度175℃、混炼时间15 min时,CB/PP复合材料的导电性最好。CB/PP复合材料的电阻率随着CB含量的增加呈非线性递减,并出现典型的渗流导电行为。由CB/PP复合材料的SEM照片分析得知,随着ACET CB含量的增加,CB粒子在CB/PP复合材料中先后呈“独岛”、“葡萄串”分布,最后均匀分散形成发达的导电网络。在CB含量同为20%的CB/PP复合材料中,HG-1P的分散性要比ACET CB的好。CB含量小于30%时,HG-1P填充PP复合材料的导电性要比ACET CB填充时的好。经热处理后CB/PP复合材料的导电性得到改善。随着CB含量的增加,CB/PP复合材料的拉伸强度、冲击强度先上升后下降,并在CB含量为20%达到峰值,而断裂延伸率一直减小,杨氏模量却不断上升。CB/PE/PP复合材料的导电性较单一基体的CB/PE、CB/PP复合材料得到改善。在CB/PE/PP复合材料中,CB选择性分布在PE之中或PE与PP两相界面处呈“项链”状。对CB/PE/PP复合材料中PP含量对其导电性的影响的研究发现,在PP含量70%时CB/PE/PP复合材料的导电性最佳。CB/PE/PP复合材料的冲击强度随着PP含量的增加,出现锯齿形变化。在PP含量为70%时CB/PE/PP复合材料的冲击强度为67.73 kJ/m2,较CB/PP复合材料的冲击强度增加了62.03%。从PP含量为30%、70%的冲击断口的SEM照片分析得知,PP含量为30%时的断裂方式是脆性断裂,PP含量为70%时的断裂方式是韧性断裂。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 导电高分子复合材料的概述
• 1.1.1 导电高分子复合材料的含义
• 1.1.2 导电高分子复合材料的分类
• 1.2 导电高分子复合材料的导电机理
• 1.2.1 导电通道学说
• 1.2.2 隧道效应学说
• 1.2.3 场电发射学说
• 1.3 影响导电高分子复合材料导电性的因素
• 1.3.1 导电填料
• 1.3.2 加工工艺
• 1.3.3 聚合物属性
• 1.3.4 环境因素
• 1.4 导电高分子复合材料的应用与发展
• 1.4.1 抗静电和导电材料
• 1.4.2 发热体材料
• 1.4.3 电磁波屏蔽材料
• 1.5 论文选题意义及研究内容
• 1.5.1 论文的选题意义
• 1.5.2 论文的研究内容
• 第二章 实验材料、设备及方法
• 2.1 实验材料及设备
• 2.1.1 实验材料的选择
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 试样制备及处理
• 2.2.1 试样制备
• 2.2.2 热处理
• 2.3 试样性能与表征
• 2.3.1 扫描电子显微镜表征分析
• 2.3.2 体积电阻率测定
• 2.3.3 力学实验
• 第三章 CB/PP复合材料的导电性与力学性能研究
• 3.1 CB/PP复合材料的导电性研究
• 3.1.1 混炼温度对CB/PP复合材料电阻率的影响
• 3.1.2 混炼时间对CB/PP复合材料电阻率的影响
• 3.1.3 CB含量对CB/PP复合材料电阻率的影响
• 3.1.4 CB种类对CB/PP复合材料的电阻率的影响
• 3.1.5 热处理对CB/PP复合材料电阻率的影响
• 3.2 CB/PP复合材料的力学性能
• 3.2.1 CB/PP复合材料的拉伸性能
• 3.2.2 CB/PP复合材料的冲击性能
• 3.4 本章小结
• 第四章 CB/PE/PP双基体复合材料的导电性与力学性能研究
• 4.1 CB/PE/PP复合材料中各组分的分布形态
• 4.2 CB/PE/PP复合材料的导电性
• 4.2.1 CB/PE/PP复合材料的导电性
• 4.2.2 CB/PE/PP复合材料增强导电性的机理
• 4.2.3 PP含量对CB/PE/PP复合材料的导电性的影响
• 4.3 CB/PE/PP复合材料的力学性能
• 4.3.1 CB/PE/PP复合材料的冲击强度
• 4.3.2 CB/PE/PP复合材料的断口形貌分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录