聚合物-炭黑復(fù)合材料導(dǎo)電和增韌研究.pdf

1、高分子材料因?yàn)槠涿芏刃?、質(zhì)量輕、電絕緣性良好被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。但隨著科技的發(fā)展，期望在導(dǎo)電領(lǐng)域也能采用質(zhì)量輕、具有一定使用性能的材料來代替密度較大的金屬材料，所以導(dǎo)電高分子材料應(yīng)運(yùn)而生。而本征型導(dǎo)電高分子因?yàn)槠鋭傂蕴笫蛊涫褂眯阅苁艿骄窒?，則使得填充型導(dǎo)電高分子的研究備受科研工作者們的重視。
　　 為了滿足工業(yè)上制備簡單、成本低的要求，采用熔融共混法將高分子材料與成本較低的導(dǎo)電材料——炭黑進(jìn)行共混制得導(dǎo)電復(fù)合材料。但是炭黑因

2、為其結(jié)構(gòu)易于團(tuán)聚而需要加大填充量才能滿足導(dǎo)電需求，且過多填充因?yàn)樘亢谠诨w內(nèi)部引起缺陷而影響材料的使用性能，特別是材料的抗沖擊強(qiáng)度。所以需要添加一定的增韌劑以確保材料的使用性能。而如果在提高材料韌性的同時，不僅不會降低材料的導(dǎo)電性能而將材料導(dǎo)電性能進(jìn)一步提升則更為期待。所以考慮利用體積排除效應(yīng)在提高材料的韌性的同時又進(jìn)一步提高材料的導(dǎo)電性能。本論文采用高密度聚乙烯(HDPE)為基體，添加納米碳酸鈣作為增韌劑。因?yàn)榧{米碳酸鈣為剛性粒子，炭

3、黑無法進(jìn)入剛性粒子之中而只能被迫分散在體積被占據(jù)了的HDPE基體之中。這樣，即可以提高復(fù)合材料的抗沖擊強(qiáng)度和彈性模量，也進(jìn)一步提高了材料的導(dǎo)電性能，使得炭黑的填充量得到一定的控制甚至下降。而為了發(fā)揮納米碳酸鈣的增韌效果，采用硼鋁鈦偶聯(lián)劑處理納米碳酸鈣以提高納米碳酸鈣與HDPE基體的相容性進(jìn)而提高填料的增韌效果。
　　 而有些基體中炭黑的滲流閾值過高，為達(dá)到一定的導(dǎo)電效果，炭黑填充料過高，使得材料變得更脆，如丙烯晴-丁二烯-苯乙烯

4、共聚物（ABS基體），為了進(jìn)一步提高材料的導(dǎo)電性能而不至于損失材料的韌性，考慮將不同維度的導(dǎo)電填料復(fù)配，利用協(xié)同效應(yīng)進(jìn)一步提高材料的導(dǎo)電性能。本論文采用ABS為基體，添加零維導(dǎo)電填料炭黑與一維導(dǎo)電填料不銹鋼纖維進(jìn)行復(fù)配進(jìn)而提高材料的導(dǎo)電性能而不至進(jìn)一步影響材料的使用性能。
　　 本課題主要研究內(nèi)容分為兩個部分:第一部分為HDPE基體增韌導(dǎo)電復(fù)合材料的研究;第二部分是ABS基體協(xié)同導(dǎo)電復(fù)合材料的研究。
　　 第一部分:HD

5、PE基體增韌導(dǎo)電復(fù)合材料的研究(1)在HDPE基體中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CB導(dǎo)電粒子。研究不同CB添加量對材料導(dǎo)電性能及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:隨著CB添加量的提高，材料的導(dǎo)電性能提高，但材料的沖擊強(qiáng)度卻隨之下降。而CB濃度為9wt％左右時，為CB在HDPE基體的臨界濃度（滲流閾值），在滲流閾值附近，CB的濃度的變化對材料的導(dǎo)電性能影響很大。
　　 (2)在HDPE基體中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3wt％硼鋁鈦偶聯(lián)劑處理的納米CaCO3

6、研究納米碳酸鈣的增韌效果。但并不是隨著納米CaCO3含量的提高，HDPE的抗沖擊強(qiáng)度就更高，而是存在著最佳配比，即納米CaCO3增韌體系的含量占復(fù)合材料總質(zhì)量的25wt％時，增韌效果最好。在固定CB濃度為9wt％，研究不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下偶聯(lián)劑處理的納米CaCO3的復(fù)合材料的電學(xué)性能和力學(xué)性能。隨著納米CaCO3含量的提高，因?yàn)轶w積排除效應(yīng)，整個復(fù)合材料的導(dǎo)電性能隨之提高。抗沖擊性能呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。最佳增韌劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與兩相復(fù)合材料相

7、同，也為25wt％。而且隨著納米CaCO3含量的提高，復(fù)合材料的模量也隨之提高。在固定偶聯(lián)劑處理的納米CaCO3為25wt％，研究不同CB濃度下復(fù)合材料的導(dǎo)電性能并與HDPE/CB兩相復(fù)合材料導(dǎo)電性能相比較，因?yàn)轶w積排除效應(yīng)，相同CB濃度下，添加納米CaCO3的復(fù)合材料組的導(dǎo)電性能和抗沖擊性能較兩相復(fù)合材料更為優(yōu)異。為了探究在添加其他成分下，偶聯(lián)劑占整個增韌體系總質(zhì)量的3wt％是否仍為最佳，故固定CB濃度為25wt％，納米CaCO3增韌

8、體系總質(zhì)量為25wt％，研究不同偶聯(lián)劑處理量對材料抗沖擊性能的影響。結(jié)果表明:硼鋁鈦偶聯(lián)劑仍為占整個增韌體系質(zhì)量的3wt％時，增韌效果最好。
　　 第二部分:ABS基協(xié)同導(dǎo)電復(fù)合材料的研究(3)在ABS基體中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CB導(dǎo)電粒子，制備ABS/CB復(fù)合材料。結(jié)果表明:隨著CB填充量的提高，ABS復(fù)合材料的導(dǎo)電性能上升，力學(xué)性能下降。在ABS基體中添加不同質(zhì)量的不銹鋼纖維(SSF)，制備ABS/SSF復(fù)合材料。結(jié)果表明:隨