高導(dǎo)電、低逾滲聚乳酸-碳納米管導(dǎo)電復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計.pdf

1、多壁碳納米管由于其優(yōu)異的熱學(xué)和電學(xué)等性能，已經(jīng)成為當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。碳納米管作為一種高長徑比的一維材料廣泛用于聚合物改性，賦予聚合物材料優(yōu)異的機械性能、熱穩(wěn)定性、導(dǎo)電、導(dǎo)熱以及電磁屏蔽性能等。近年來，由于其突出的性價比，碳納米管尤其被廣泛用于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備。眾所周知，制備導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的關(guān)鍵在于降低逾滲值（臨界填料含量，當(dāng)含量超過此值時，將形成滲透網(wǎng)絡(luò)）。然而，常規(guī)的填料分散由于空間效應(yīng)往往需要很高的添加量才能形

2、成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因此，有效的碳納米管分布將決定復(fù)合材料最終的導(dǎo)電性能。本文重點從形態(tài)調(diào)控的角度，旨在調(diào)節(jié)碳納米管在高分子基體中的有效分布，構(gòu)建高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
　　為了解決以上問題，本文從晶體排斥、相態(tài)演變、隔離的角度出發(fā)，基于生物基聚乳酸基體，設(shè)計了三種不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚乳酸/碳納米管復(fù)合材料，降低了材料的導(dǎo)電逾滲值。主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　（1）通過引入綠色的高熔點聚乳酸（hPLLA）來調(diào)節(jié)聚乳酸的結(jié)晶形態(tài)，深入研

3、究了晶體排斥效應(yīng)程度對多壁碳納米管（MWCNTs）分布以及相應(yīng)導(dǎo)電性能的變化，制備了導(dǎo)電性能和熱阻，以及機械性能得到明顯提升的納米復(fù)合材料。聚乳酸是一種很難結(jié)晶的脆性半結(jié)晶性高分子材料，研究表明，引入痕量高熔點的聚乳酸晶體即可顯著提高聚乳酸的結(jié)晶速率和結(jié)晶度。并且其結(jié)晶度基本隨高熔點聚乳酸的添加量保持恒定，這為研究單因素的結(jié)晶形態(tài)變化對MWCNTs分布提供了良好的契機，進而能夠有效地考察導(dǎo)電性能與結(jié)晶形態(tài)之間的關(guān)系。聚乳酸的球晶尺寸大小

4、隨高熔點聚乳酸成核劑的添加量增加而較小，但是導(dǎo)電性卻呈現(xiàn)先遞增后遞減的趨勢，在中等球晶尺寸是表現(xiàn)的導(dǎo)電性最佳。通過流變和微觀結(jié)構(gòu)分析，我們從結(jié)構(gòu)-性能的角度深入探討了導(dǎo)電性能隨晶體尺寸的變化，從碳納米管排斥和晶片互鎖的角度給出了清晰地原理模型。這為制備導(dǎo)電性能可調(diào)節(jié)的材料提供了良好的思路。
　?。?）通過引入聚乳酸立構(gòu)復(fù)合晶體調(diào)節(jié) PLLA/PCL/MWCNTs復(fù)合材料的相態(tài)，使得填充碳納米管的PCL分散相發(fā)生相態(tài)反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)

5、相，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，制備了少量高效的導(dǎo)電復(fù)合材料。研究了恒量碳納米管添加量下，復(fù)合材料的導(dǎo)電性能隨右旋聚乳酸添加量的影響，并從形態(tài)結(jié)構(gòu)上分析了相態(tài)的演變過程。同時結(jié)果表明，通過在聚乳酸中引入20 wt%的右旋聚乳酸，PLLA/40PCL/MWCNTs復(fù)合材料的滲逾值由0.19 wt%降為0.025 wt%。最后，從結(jié)構(gòu)-性能的角度出發(fā)，深入揭示了相態(tài)反轉(zhuǎn)對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成的作用機理。
　　（3）通過在聚乳酸中構(gòu)建隔離結(jié)構(gòu)的碳納米管導(dǎo)電網(wǎng)