空間限域強(qiáng)制組裝法制備高性能聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料機(jī)理的研究.pdf

1、聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料是最重要的聚合物功能復(fù)合材料之一，在能量存儲(chǔ)，電池電極，3D打印材料，電磁屏蔽，柔性顯示器，智能傳感器等方面有廣泛的應(yīng)用需求。理論與實(shí)踐表明，在聚合物基體中形成連續(xù)緊密的導(dǎo)電填料網(wǎng)絡(luò)是制備超高電導(dǎo)率聚合物基復(fù)合材料的關(guān)鍵。傳統(tǒng)方法普遍通過(guò)增加導(dǎo)電填料的體積分?jǐn)?shù)至電導(dǎo)率突升的逾滲閾值以上。由于聚合物基體本身電導(dǎo)率很低，通過(guò)在絕緣的聚合物基體中加入大長(zhǎng)徑比或大比表面積的導(dǎo)電填料，如炭黑粒子、碳纖維、片狀石墨、碳納米管和石

2、墨烯，并采用合適的加工混合方法在聚合物基體中構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)下研究聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的焦點(diǎn)。
　　目前，主要有三種構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的方法:導(dǎo)電填料自組裝法、雙連續(xù)相法和相分離法。雖然達(dá)到逾滲閾值后繼續(xù)增加填料的體積分?jǐn)?shù)，還可以進(jìn)一步提高復(fù)合材料的電導(dǎo)率，但電導(dǎo)率的增加非常緩慢，卻造成了材料加工性能和力學(xué)性能的大幅下降。電導(dǎo)率無(wú)法進(jìn)一步大幅度提升的主要原因，在于導(dǎo)電填料間的平均間距對(duì)復(fù)合材料電導(dǎo)率的影響遠(yuǎn)大于填料體積分?jǐn)?shù)的影響。

3、>　　為了進(jìn)一步大幅度提升復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，本文提出了一種旨在有效減小導(dǎo)電粒子平均間距的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法:空間限域強(qiáng)制組裝法（SCFNA），其核心就是通過(guò)機(jī)械手段，對(duì)共混體系進(jìn)行空間限域擠壓和界面微納米機(jī)械組裝，從而對(duì)功能分散相施加遠(yuǎn)大于自組裝作用力的“強(qiáng)制組裝力”，強(qiáng)制“擠走”導(dǎo)電粒子間的聚合物，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的密實(shí)化，為大幅度提高導(dǎo)電性能提供了可能性。本文主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　1，采用該方法分別選取了熱固性聚二甲基硅氧烷(

4、PDMS)和熱塑性聚丙烯(PP)兩種聚合物基體，選用短切碳纖維(SCF)為導(dǎo)電填料，制備并獲得了導(dǎo)電性能比傳統(tǒng)共混法電導(dǎo)率高出數(shù)倍甚至數(shù)量級(jí)提高的導(dǎo)電復(fù)合材料PDMS/SCF和PP/SCF。導(dǎo)電滲流閾值僅為0.45wt％和3.5wt％。研究了加工參數(shù)、填料濃度、壓縮厚度、微結(jié)構(gòu)陣列對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)電性能的影響。發(fā)現(xiàn)壓縮厚度是除填料濃度外影響復(fù)合材料電導(dǎo)率的一個(gè)重要因素，尤其在高填料濃度下。驗(yàn)證了空間限域強(qiáng)制組裝法制備高性能導(dǎo)電復(fù)合材料的可行

5、性和性能提升潛力。
　　2，采用空間限域強(qiáng)制組裝法制備了三元導(dǎo)電復(fù)合材料，對(duì)比石墨烯、超導(dǎo)炭黑粒子，發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管與短切碳纖維協(xié)同組合復(fù)合材料導(dǎo)電性能最優(yōu)。同時(shí)三種組份的加工混合順序明顯影響復(fù)合材料的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能，改變?nèi)M份PDMS、（導(dǎo)電炭黑）CCB、SCF混合加工順序，PDMS/SCF/CCB復(fù)合材料的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能發(fā)生變化。采用PDMS與CCB先密煉共混后再加入SCF共混的加工順序制備的復(fù)合材料導(dǎo)電性能最優(yōu)，而采