碳黑填充多相導(dǎo)電高分子材料的研制.pdf

1、填充型導(dǎo)電高分子材料已廣泛應(yīng)用于電子、能源、化工、宇航等領(lǐng)域，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的導(dǎo)電高分子材料之一。在復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料中，為了使導(dǎo)電組份在基體中形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，填充量要求超過(guò)導(dǎo)電滲濾閾值。一般來(lái)說(shuō)，粒子填充導(dǎo)電復(fù)合材料的滲濾閾值都比較高，往往超過(guò)20％。高填充量會(huì)對(duì)材料帶來(lái)一些不利影響，如增加了復(fù)合體系的熔體粘度，可加工性能和力學(xué)性能變差，因此，降低導(dǎo)電組份的填充量是改善復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的關(guān)鍵之一。 本論文以

2、聚丙烯(PP)和低密度聚乙烯(LDPE)為基體，以導(dǎo)電碳黑(CB)為導(dǎo)電填料，制備了一系列的導(dǎo)電復(fù)合材料。研究了導(dǎo)電復(fù)合材料獲得較低滲濾閾值的原料配比和工藝條件，探討了導(dǎo)電復(fù)合材料的滲濾曲線以及滲濾閾值的計(jì)算方法，同時(shí)對(duì)導(dǎo)電復(fù)合材料體系的形態(tài)、結(jié)晶性能、流變性能和正溫度系數(shù)(PTC)效應(yīng)進(jìn)行了研究。 對(duì)兩相體系CB/PP、CB/LDPE和三相體系CB/PP/LDPE導(dǎo)電性能的研究表明，與前者相比，多相體系表現(xiàn)出相對(duì)較低的滲濾閾值

3、，其原因是CB主要分布在LDPE相中；同時(shí)，發(fā)現(xiàn)PP/LDPE的質(zhì)量比為8/2時(shí)，多相導(dǎo)電材料具有最低的滲濾閾值(4.9％)；改變CB、PP、LDPE三者的共混順序，能夠得到不同滲濾閾值的導(dǎo)電復(fù)合材料。 對(duì)導(dǎo)電復(fù)合材料形態(tài)的研究表明，CB選擇性地富集在LDPE相中，這個(gè)與滲濾閾值理論的推測(cè)相一致。而對(duì)導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC效應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，PTC效應(yīng)與滲濾網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)相變化有關(guān)。與雙相導(dǎo)電復(fù)合材料相比，利用雙滲濾理論所制備的多相導(dǎo)電復(fù)

4、合材料能夠提高材料的PTC強(qiáng)度。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)在PTC轉(zhuǎn)變過(guò)程中，在體系滲濾閾值附近的PTC強(qiáng)度比較大；CB含量遠(yuǎn)離滲濾閾值時(shí)，PTC強(qiáng)度不明顯。 對(duì)多相導(dǎo)電材料復(fù)合體系(CB/PP/LDPE)流變性能的研究表明，體系的復(fù)數(shù)粘度、損耗模量、儲(chǔ)能模量都隨碳黑含量的變化出現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)：隨著導(dǎo)電體系碳黑含量的增加，體系表現(xiàn)出切力變稀特性；在低頻區(qū)，當(dāng)CB含量低于5％時(shí)，CB對(duì)體系的流變行為對(duì)頻率有一定的依賴性，而當(dāng)CB含量高于5％時(shí)，

5、體系的流變行為對(duì)頻率的變化不敏感，表現(xiàn)出類固體行為，說(shuō)明體系中CB粒子已形成阻礙大分子運(yùn)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對(duì)比導(dǎo)電滲濾行為，復(fù)合體系的流變閾值(2.66％)相對(duì)較低，分析認(rèn)為出現(xiàn)導(dǎo)電行為所要求的碳黑粒子間的距離比出現(xiàn)流變行為要求的粒子間的距離小，所以要達(dá)到該體系的導(dǎo)電滲濾(導(dǎo)電的滲濾閾值為4.9％)就需要更多的碳黑填充以降低碳黑粒子間的距離。 對(duì)導(dǎo)電復(fù)合材料的結(jié)晶性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在復(fù)合體系中PP對(duì)LDPE結(jié)晶性能的影響較L