空间限域强制组装法对聚合物基导电复合材料导电性能强化规律的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liu605199097
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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。
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