炭黑本征性能與其填充聚乙烯復(fù)合材料導(dǎo)電性能的研究.pdf

1、炭黑作為一種傳統(tǒng)的炭材料,其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能,使其在熱學(xué)、電化學(xué)、力學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在前人對(duì)碳纖維、中間相瀝青等材料的研究中,高溫?zé)崽幚砜梢燥@著提高易石墨化炭材料的導(dǎo)電性能。然而人們對(duì)炭黑的導(dǎo)電性能在不同處理溫度下變化的機(jī)理還不甚明確。由于炭黑具有良好的導(dǎo)電性,可以將其填充在聚合物中,從而顯著改善復(fù)合材料的機(jī)械性能和導(dǎo)電性能。由于在聚合物中直接添加炭黑無法得到性能優(yōu)良的導(dǎo)電復(fù)合材料,因此,需要通過改進(jìn)復(fù)合材料加工工

2、藝和對(duì)炭黑進(jìn)行修飾來提高復(fù)合材料性能。
　　在本工作中,我們選擇N330、乙炔黑、科琴炭黑這三種常見的炭黑作為模型,對(duì)其進(jìn)行不同程度的熱處理,首先考察了熱處理下炭黑初級(jí)顆粒的結(jié)構(gòu)及形貌的變化以及進(jìn)而引起的炭黑物理和化學(xué)性能的改變；其次,探究了不同復(fù)合工藝和高溫改性炭黑對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)電性及機(jī)械性能的影響。得出以下結(jié)論:
　　1.對(duì)N330、乙炔黑、科琴炭黑進(jìn)行了不同溫度的熱處理。發(fā)現(xiàn)經(jīng)過2800℃處理之后,炭黑的比表面積和結(jié)構(gòu)度

3、均降低,聚集體尺寸減小。在高于1500℃時(shí),隨著熱處理溫度的升高,其結(jié)晶度與有序性逐漸增大,逐漸形成多面體結(jié)構(gòu),且炭黑結(jié)構(gòu)的改善程度與炭黑粒徑有關(guān),粒徑大的炭黑石墨化程度更大。
　　2.對(duì)N330、乙炔炭黑、科琴炭黑進(jìn)行了本征導(dǎo)電性的研究。發(fā)現(xiàn)隨著對(duì)炭黑熱處理溫度的升高,炭黑的電阻率呈先下降后上升的趨勢(shì),在1500℃附近具有電阻率最低值。通過建立炭黑導(dǎo)電模型,探究了其導(dǎo)電性隨處理溫度變化的原因:處理溫度高于1500℃時(shí),雖然炭黑微

4、觀結(jié)構(gòu)得以改善,載流子遷移速率得以提高,但是由于載流子濃度的大幅下降,因此其電阻率呈現(xiàn)反常上升的趨勢(shì)。
　　3.以高密度聚乙烯(HDPE)為高分子基體,以N330和乙炔炭黑及其石墨化之后的樣品為導(dǎo)電填料,分別采用熔融共混法和溶液共混法制備了導(dǎo)電復(fù)合材料,并研究了其電學(xué)和力學(xué)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn):與加入未石墨化炭黑的高密度聚乙烯復(fù)合材料相比,加入石墨化炭黑后復(fù)合材料的滲濾閾值和體積電阻都有所增大,拉伸強(qiáng)度和模量下降,斷裂伸長(zhǎng)率提高。與熔融