聚合物-炭黑復合材料導電和增韌研究.pdf

1、高分子材料因為其密度小、質(zhì)量輕、電絕緣性良好被廣泛應用于各種領域。但隨著科技的發(fā)展，期望在導電領域也能采用質(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，所以導電高分子材料應運而生。而本征型導電高分子因為其剛性太大使其使用性能受到局限，則使得填充型導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電材料——炭黑進行共混制得導電復合材料。但是炭黑因

2、為其結構易于團聚而需要加大填充量才能滿足導電需求，且過多填充因為炭黑在基體內(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電性能而將材料導電性能進一步提升則更為期待。所以考慮利用體積排除效應在提高材料的韌性的同時又進一步提高材料的導電性能。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。因為納米碳酸鈣為剛性粒子，炭

3、黑無法進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，即可以提高復合材料的抗沖擊強度和彈性模量，也進一步提高了材料的導電性能，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，為達到一定的導電效果，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），為了進一步提高材料的導電性能而不至于損失材料的韌性，考慮將不同維度的導電填料復配，利用協(xié)同效應進一步提高材料的導電性能。本論文采用ABS為基體，添加零維導電填料炭黑與一維導電填料不銹鋼纖維進行復配進而提高材料的導電性能而不至進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基體增韌導電復合材料的研究;第二部分是ABS基體協(xié)同導電復合材料的研究。
　　 第一部分:HD

5、PE基體增韌導電復合材料的研究(1)在HDPE基體中添加不同質(zhì)量分數(shù)的CB導電粒子。研究不同CB添加量對材料導電性能及力學性能的影響。結果表明:隨著CB添加量的提高，材料的導電性能提高，但材料的沖擊強度卻隨之下降。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電性能影響很大。
　　 (2)在HDPE基體中添加不同質(zhì)量分數(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)量分數(shù)下偶聯(lián)劑處理的納米CaCO3的復合材料的電學性能和力學性能。隨著納米CaCO3含量的提高，因為體積排除效應，整個復合材料的導電性能隨之提高?？箾_擊性能呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。最佳增韌劑的質(zhì)量分數(shù)與兩相復合材料相

7、同，也為25wt％。而且隨著納米CaCO3含量的提高，復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濃度下復合材料的導電性能并與HDPE/CB兩相復合材料導電性能相比較，因為體積排除效應，相同CB濃度下，添加納米CaCO3的復合材料組的導電性能和抗沖擊性能較兩相復合材料更為優(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)同導電復合材料的研究(3)在ABS基體中添加不同質(zhì)量分數(shù)的CB導電粒子，制備ABS/CB復合材料。結果表明:隨著CB填充量的提高，ABS復合材料的導電性能上升，力學性能下降。在ABS基體中添加不同質(zhì)量的不銹鋼纖維(SSF)，制備ABS/SSF復合材料。結果表明:隨