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目前主要有3种构建导电网络制备聚合物基复合材料的方法,分别为原位聚合法、溶液混合法、熔体混合法。以上3种方法均通过自组装机制在基体材料中形成网络,当材料达到逾渗阈值后,只能通过增加填料浓度来提高材料导电性能,但是由于自组装力度不够大,导电网络形成的不够密实,复合材料的电导率仍然不是很理想。 为了进一步降低聚合物基复合材料的逾渗阈值,提高复合材料导电性能,本课题基于空间限域强制组装法(SCFNA)制备以不同类型材料为基体的复合材料。SCFNA法通过在一个方向上进行限域压缩,密实了导电网络,形成了导电通路,降低了材料逾渗阈值,提高了复合材料的导电性能以及力学性能。主要研究内容如下: (1)采用SCFNA法制备乙烯-醋酸乙烯共聚物/短切碳纤维(EVA/SCF)导电复合材料,并且得出在厚度为0.1mm下的EVA/SCF试样逾渗阈值为6.5wt%,低于共混法的逾渗阂值8.2wt%。通过对试样进行电导率测试,得出不同SCF浓度和强制压缩比对复合材料电导率的关系。并且对同等厚度下不同SCF含量的复合材料试样进行力学性能测试,发现EVA/10wt%SCF试样的拉伸强度最高,达到19.86MPa。 (2)SCFNA法不仅可以提高类弹性EVA基材料的电导率,亦能提高热塑性基体线型低密度聚乙烯(LLDPE)的导电性能。导电填料仍为SCF,测试LLDPE/SCF试样的导电性能以及力学性能。发现SCFNA法制备0.1mm厚的LLDPE/SCF复合材料逾渗阈值为8.3wt%。SCFNA法比共混法制备的试样电导率最高高出3个数量级。并且随着SCF含量的增加,LLDPE/SCF复合材料的导电性能亦越来越好。当SCF含量为18wt%时,复合材料的力学性能最好,拉伸强度达到22.03MPa。 (3)采用SCFNA法制备了三元导电填料,以热固性材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体,以短切碳纤维(SCF)、碳纳米管(CNT)为导电填料,在总填料含量不变的情况下,改变两种填料比例。研究发现在PDMS/SCF中加入少量的CNT后,大幅度提高复合材料的导电性能,但是当加入过多的CNT时,PDMS/SCF/CNT复合材料的导电性能和力学性能反而降低。这是因为过多的CNT易发生团聚现象,并且随着SCF含量的降低,搭接的导电网络数量也随之减小。