碳系納米填料-超高分子量聚乙烯復(fù)合膜的制備及其性能研究.pdf

1、導(dǎo)電高分子復(fù)合材料(CPC)因重量輕、易加工、耐腐蝕、電導(dǎo)率調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。為了獲得更低逾滲值的CPC，要求導(dǎo)電填料具盡可能小的尺寸，因此，納米填充型導(dǎo)電高分子材料成為目前CPC的研究重點(diǎn)，其中以炭黑(CB)導(dǎo)電復(fù)合材料的研究最為廣泛。然而由于納米CB為0維顆粒狀，且容易產(chǎn)生團(tuán)聚，需較高的填充量才能達(dá)到實(shí)用要求，而大量填充使基體內(nèi)部產(chǎn)生明顯缺陷影響其它使用性能。碳納米管(MWCNTs)具有更佳的電學(xué)性能和極高的長徑

2、比，將一維結(jié)構(gòu)的碳納米管與CB混合填充聚合物可在低填充量下形成完善的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使復(fù)合材料的導(dǎo)電性能得到明顯提升。二維結(jié)構(gòu)的還原氧化石墨烯(RGO)具備很好的導(dǎo)電性、機(jī)械性及其它性能，因此作為導(dǎo)電填料使用，可以有效改善導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的綜合性能。為此，本文研究了碳系納米填料/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的不同性能，具體內(nèi)容如下：
　　通過溶液法制備了均勻結(jié)構(gòu)的CB/UHMWPE和MWCNTS-CB/UHMWPE復(fù)合薄膜。掃描電鏡(SE

3、M)分析顯示CB及MWCNTs-CB均勻的分散在UHMWPE基體中。導(dǎo)電測試結(jié)果表明，均勻結(jié)構(gòu)CB/UHMwPE復(fù)合材料的逾滲值為4．91 vol％，加入MWCNTS逾滲值降到2．62 vol％。
　　通過機(jī)械共混法制備了隔離結(jié)構(gòu)的CB/UHMWPE、MWCNTS-CB/UHMWPE和RGO-CB/UHMWPE復(fù)合薄膜。掃描電鏡(SEM)分析顯示隔離結(jié)構(gòu)中的CB、MWCNTs-CB及RGO-CB分布于UHMWPE界面間。偏光圖像顯

4、示復(fù)合材料中存在明顯的隔離結(jié)構(gòu)。差示掃描量熱分析(DSC)研究表明，CB、MWCNTS-CB及RGO-CB能誘導(dǎo)UHMWPE的結(jié)晶。熱重分析(TGA)和X射線衍射(XRD)研究發(fā)現(xiàn)，十二胺分子鏈通過與環(huán)氧基團(tuán)親核取代被成功接枝在GO表面，且GO成功被水合肼還原。TGA研究發(fā)現(xiàn)CB、MWCNTs-CB及RGO-CB使UHMwPE的熱穩(wěn)定性變差。導(dǎo)電測試結(jié)果表明，由于隔離結(jié)構(gòu)中的填料容易形成導(dǎo)電通道，CB/UHMWPE復(fù)合材料的導(dǎo)電逾滲值由