炭黑-聚丙烯導(dǎo)電復(fù)合材料的電性能和形態(tài)研究.pdf

1、本論文以聚丙烯(PP)為基體，以炭黑(CB)為導(dǎo)電填料，利用熔融共混的方法制備聚丙烯導(dǎo)電復(fù)合材料。重點(diǎn)研究了引入第三組分乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)，尼龍6(PA6)及碳納米管(CNTs)對CB/PP體系的電性能及結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響。詳細(xì)討論了CB粒子的分散狀況、復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)、結(jié)晶行為以及環(huán)境溫度的改變與復(fù)合材料電性能之間的關(guān)系，探討了其機(jī)理。主要研究結(jié)果如下： (1)室溫電性能測試結(jié)果表明：在CB/PP體系中加入第三組分

2、EAA或PA6，復(fù)合材料的體積電阻率顯著下降。當(dāng)PP/EAA質(zhì)量比為60/40的時(shí)候，材料的導(dǎo)電性能最佳。PP/PA6質(zhì)量比為80/20時(shí)體系電阻率下降最明顯。采用CB/CNTs(質(zhì)量比19：1)復(fù)合填料填充PP得到的電性能要優(yōu)于單獨(dú)填充其中一種導(dǎo)電填料。 (2)SEM觀察發(fā)現(xiàn)：在CB/PP體系中，CB粒子均勻分散在PP基體中，但是在較小的炭黑含量下，很多地方未形成連續(xù)分布。在CB/PP-EAA和CB/PP-PA6體系中，CB選

3、擇性地分散于EAA或PA6相中，在PP中的含量很少。在CB/PP-EAA體系中，EAA呈條狀伸長結(jié)構(gòu)分散在PP中，并且隨著EAA含量的增加，伸長結(jié)構(gòu)之間更易形成連續(xù)的導(dǎo)電通路。在CB/PP-PA6體系中，PA6相在PP基體中能夠形成纖維狀伸長結(jié)構(gòu)，并且纖維之間大部分能形成相互搭接的連續(xù)結(jié)構(gòu)。 (3)阻-溫關(guān)系測試表明：CB/PP復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度達(dá)6個(gè)數(shù)量級，并且NTC效應(yīng)也非常明顯。復(fù)合材料的PTC行為與材料的結(jié)晶熔融過程密

4、切相關(guān)。在升溫過程中，CB/PP-EAA體系沒有產(chǎn)生明顯的電阻率突躍，合材料出現(xiàn)最大電阻率的峰是由EAA產(chǎn)生的。CB/PP-PA6體系沒有產(chǎn)生PTC效應(yīng)，體系在較寬的溫度范圍內(nèi)具有非常穩(wěn)定的電阻率值，并具有較好的熱循環(huán)穩(wěn)定性。這進(jìn)一步說明了CB是選擇性分散在EAA或PA6相中的。 (4)DSC結(jié)果表明：由于CB粒子的異相成核效應(yīng)，填充一定量CB使EAA、PP的結(jié)晶溫度均向高溫方向移動(dòng)12℃左右。CB/PP-EAA體系中PP的結(jié)晶

5、溫度相對CB/PP體系降低了7℃左右，EAA的結(jié)晶度下降。說明在雙基體體系中，CB對PP結(jié)晶的成核作用減小，對EAA的結(jié)晶起一定的阻礙作用，因此可以推測CB主要分散在EAA相里，在PP中含量較少。 (5)動(dòng)態(tài)流變測試表明：在CB/PP體系中，隨著CB含量的增加，G′對ω的依賴性逐漸降低，當(dāng)炭黑體積含量ω>0.05時(shí)，出現(xiàn)了“第二平臺”，表明CB粒子與PP基體之間相互作用，形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)ω=0.025時(shí)，在低頻區(qū)，隨著CB/P