炭黑/碳纳米管/石墨烯/顺丁橡胶导电复合材料的研究

论文摘要

随着电子技术和信息科技的迅速发展,导电橡胶复合材料越来越受到人们的重视。而复合型导电橡胶因其耐腐蚀、质轻及可根据使用需要调节材料的电学和机械性能,宜于规模化生产等优点,同时,也发现单一填料复合型导电橡胶存在填料用量大、分散不均,机械性能较低等缺点,而两种填料复合可以实现填料之间优势互补,有效提高复合材料的综合性能。本文以顺丁橡胶为基体,以炭黑、碳纳米管和石墨烯为填料,通过机械共混法制备了炭黑/碳纳米管/顺丁橡胶（以下称CB/MWNTs/BR）和石墨烯/碳纳米管/顺丁橡胶（以下称TrG/MWNTs/BR）复合材料,运用拉伸仪、扫描电镜、高阻计和动态力学谱仪等表征手段对其进行表征。结果表明:CB/MWNTs/BR的导电复合材料中,MWNTs能起到“桥梁”的作用。当40份CB填充BR时,加入1份的MWNTs可使BR复合材料的电阻率从3.00×1010Ω·cm降到7×105Ω·cm,降低了5个数量级;CB与MWNTs的用量比为40:5时BR复合材料的拉伸强度（7.81MPa）、撕裂强度（31.29KN/m）、邵尔A硬度（69）及断裂伸长率（219%）比40:0时BR复合材料的拉伸强度（4.2 MPa）、邵尔A硬度（72）、撕裂强度（25.03KN/m）、断裂伸长率（233.4%）机械性能提高更显著。分散性研究表明:CB和MWNTs并用在BR中分散均匀;在TrG/MWNTs/BR复合材料中,TrG/MWNTs/BR复合材料的用量比为1:9:100时,复合材料的电阻率在106Ω·cm;当MWNTs/BR复合材料的用量比为10:100时,复合材料的电阻率在109Ω·cm,可以看出在相同的填料用量下,石墨烯和碳纳米管并用比单用MWNTs时电阻率下降了3个数量级;TrG/MWNTs/BR复合材料的用量比为1:14:100时,复合材料的拉伸强度、撕裂强度和邵尔A硬度比MWNTs/BR复合材料用量比为15:100时,分别提高了40%、25%和5%;比TrG/BR复合材料的用量比为1:100时,分别提高了69%、82%和11%。而且通过分散性研究表明:石墨烯和碳纳米管并用在BR复合材料中分散均匀。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 石墨烯简介
• 1.1.1 石墨烯的结构
• 1.1.2 石墨烯的性能
• 1.1.3 石墨烯的制备方法
• 1.1.4 石墨烯/聚合物复合材料的制备
• 1.1.5 石墨烯/聚合物复合材料的结构与性能
• 1.1.6 石墨烯及石墨烯/聚合物复合材料的应用
• 1.2 碳纳米管简介
• 1.2.1 碳纳米管的结构与性能
• 1.2.2 碳纳米管/高分子复合材料的制备
• 1.2.3 碳纳米管/聚合物复合材料的结构和性能
• 1.3 导电聚合物复合材料的制备方法及应用
• 1.3.1 导电聚合物复合材料的制备方法
• 1.3.2 导电聚合物复合材料的应用
• 1.4 多种填料在导电聚合物中的协同作用
• 1.5 本课题研究背景、目的和主要研究内容
• 1.5.1 本课题研究的背景
• 1.5.2 本课题研究的目的
• 1.5.3 主要研究内容
• 2 石墨烯的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料及仪器
• 2.2.2 氧化石墨的制备
• 2.2.3 氧化石墨的热解还原
• 2.2.4 性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 石墨烯的结构
• 2.3.2 石墨烯的导电性
• 2.3.3 石墨烯的加工工艺
• 2.4 本章小结
• 3 MWNTs/BR 和 CB/BR 导电复合材料的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 试样制备
• 3.2.3 性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 MWNTs/CB/BR 复合材料硫化特性研究
• 3.3.2 MWNTs/CB/BR 复合材料电性能研究
• 3.3.3 MWNTs/CB/BR 复合材料机械性能研究
• 3.3.4 MWNTs/CB/BR 复合材料动态力学性能研究
• 3.3.5 MWNTs/CB/BR 复合材料分散性研究
• 3.4 本章小结
• 4 MWNTs/CB/BR 复合材料性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 试样制备
• 4.2.3 性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 MWNTs/CB/BR 复合材料电性能研究
• 4.3.2 BR/MWNTs/CB 复合材料机械性能研究
• 4.3.3 BR/MWNTs/CB 复合材料动态力学性能研究
• 4.3.4 MWNTs/CB/BR 复合材料的分散性研究
• 4.4 本章小结
• 5 TrG/BR 复合材料性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 试样制备
• 5.2.3 性能测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 TrG/BRF 复合材料硫化特性研究
• 5.3.2 TrG/BR 复合材料电性能研究
• 5.3.3 TrG/BR 复合材料机械性能研究
• 5.3.4 TrG/BR 复合材料动态力学性能研究
• 5.3.5 TrG/BR 复合材料分散性研究
• 5.4 本章小结
• 6. TrG 和 MWNTs 在 BR 复合材料中的协同作用研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验原料
• 6.2.2 试样制备
• 6.2.3 性能测试
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 TrG/MWNTs/BR 复合材料硫化特性研究
• 6.3.2 TrG/MWNTs/BR 复合材料电性能研究
• 6.3.3 TrG/MWNTs/BR 复合材料机械性能研究
• 6.3.4 TrG/MWNTs/BR 动态力学性能研究
• 6.3.5 TrG/MWNTs/BR 复合材料分散性研究
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录一
• 致谢
• 发表论文