MWCNTs與疏水結(jié)構(gòu)納米級(jí)SiO2分別填充單或雙基體高分子體系的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電性與流變行為.pdf

1、由于具有獨(dú)特的力學(xué)、電學(xué)性能和極高的縱橫比(高達(dá)100-1000)，碳納米管(CNTs)可與高分子復(fù)合成為粒子填充導(dǎo)電高分子復(fù)合材料(CPC)。增加導(dǎo)電填料含量可提高CPC材料電導(dǎo)率，但往往導(dǎo)致加工性和導(dǎo)電穩(wěn)定性劣化。疏水納米級(jí)二氧化硅(SiO2)作為一種增強(qiáng)填料，可明顯提高材料的力學(xué)性能、耐磨性。以多壁碳納米管(MWCNTs)和SiO2填充不相容共混物來制備CPC材料，是降低臨界導(dǎo)電含量(φc)、提高導(dǎo)電性的有效方法。
　　

2、本文以不相容聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/聚苯乙烯(PS)(50/50vol)共混物為基體，分別以MWCNTs、SiO2為導(dǎo)電、非導(dǎo)電填料，制備PS/MWCNTs(二元CPC)、PMMA/(PS/MWCNTs)(三元CPC)、(PMMA/SiO2)/(PS/MWCNTs)(四元CPC)，考察填料對(duì)CPC材料的逾滲閾值、結(jié)構(gòu)、流變行為的影響；采用同步導(dǎo)電-流變測(cè)試，建立結(jié)構(gòu).導(dǎo)電.流變行為間的關(guān)聯(lián)，研究粒子逾滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在熱、力外場(chǎng)作用下的

3、演化。
　　 通過TEM形貌觀察圖發(fā)現(xiàn)，MWCNTs和SiO2分別選擇性分散于PS相和PMMA相中，納米粒子可細(xì)化相區(qū)尺寸。導(dǎo)電性測(cè)試結(jié)果表明，MWCNTs和SiO2均導(dǎo)致三元和四元CPC的導(dǎo)電滲流區(qū)間變窄。二元CPC的黏度滲流閾值(φη)、模量滲流閾值(φG)與導(dǎo)電滲流閾值相近，均與體系內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的形成有關(guān)。溫度升高，MWCNTs聚集加快，在較低φCNT時(shí)即形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，二元和三元CPC的φη和φG均下降，四元CPC不呈現(xiàn)黏度滲

4、流現(xiàn)象。二元、三元和四元CPC的“Payne效應(yīng)”隨φCNT增大而趨明顯，SiO2粒子促進(jìn)CPC材料的“Payne效應(yīng)”，這些現(xiàn)象被認(rèn)為與MWCNTs網(wǎng)絡(luò)和SiO2簇的力學(xué)破壞相關(guān)。隨φCNT增加，三元CPC的逾滲網(wǎng)絡(luò)與相結(jié)構(gòu)弛豫均加快，而SiO2導(dǎo)致四元CPC的滲流網(wǎng)絡(luò)和相結(jié)構(gòu)弛豫變緩。
　　 如何在低φCNT下提高納米粒子填充不相容高分子共混物的導(dǎo)電性及其在外場(chǎng)激勵(lì)下的穩(wěn)定性，是今年來CPC材料研究的熱點(diǎn)，貫穿基體的三維粒：

5、子網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是CPC材料導(dǎo)電行為的主要原因。高分子分子鏈與導(dǎo)電粒子間相接觸產(chǎn)生過剩的界面自由能，導(dǎo)致逾滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，熱處理時(shí)導(dǎo)電粒子傾向于通過團(tuán)聚減小界面能。導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成高度依賴于加工溫度和時(shí)間，利用導(dǎo)電.流變同步測(cè)試技術(shù)，可同時(shí)跟蹤三元和四元CPC熱處理時(shí)電阻(R)與流變行為的變化。
　　 流變-導(dǎo)電同步結(jié)果表明，三元CPC的儲(chǔ)能模量(G’)先恒定后下降，R先降低后增加。G’、R非線性轉(zhuǎn)變隨φCNT增大和溫度升高而趨明顯

6、，臨界模量應(yīng)變(γCG)下降，臨界電阻應(yīng)變(γCR)增大，反映出體系中存在MWCNTs網(wǎng)絡(luò)的重建與破壞。
　　 熱處理過程中，大應(yīng)變(γ≥50％)下，三元CPC的G’幾乎不隨時(shí)間而變化，剪切作用嚴(yán)重破壞了MWCNTs團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，抵消基體相粗化效應(yīng)；R先增加而后降低，表明應(yīng)變對(duì)滲流網(wǎng)絡(luò)的破壞效應(yīng)以及熱處理過程中MWCNTs和SiO2的聚集效應(yīng)。SiO2粒子可減緩相粗化增加程度，提高熔體模量，但不影響室溫導(dǎo)電逾滲和熔體熱處理過程中t-