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介电材料也叫电介质,是电的绝缘材料,介电材料在电子电力行业、信息功能、军事等领域具有举足轻重的地位。科技的飞速发展使得各类电气、电机、电子设备向集成化、微型化发展,介电材料的高性能化研究成为热点。纯聚丙烯材料在绝缘材料领域应用有限,研究制备出具有高介电常数、低介电损耗的聚丙烯复合材料具有十分重要的意义。本文采用先进的聚合物微纳层叠共挤技术,制备了一系列聚丙烯基复合材料,并研究其结构与性能,可为聚合物基介电复合材料的制备和性能研究提供数据和理论参考。通过大量实验,获得的主要研究成果如下:(1)以多壁碳纳米管(MWCNTs)为填料,PP为基体,采用微纳层叠共挤的方法,制备了MWCNTs/PP单层复合材料(聚合物熔体未流经倍增器挤出得到)、MWCNTs/PP多层复合材料(聚合物熔体流经倍增器但没有交替层结构的复合材料)、(MWCNTs/PP)/PP交替多层复合材料。在三种复合材料中MWCNTs均有团聚现象,但单层复合材料中MWCNTs的团聚更严重,MWCNTs聚集簇体积随MWCNTs含量增加而增大;而由于倍增器的分散作用,多层和交替多层复合材料中MWCNTs的团聚现象明显改善,MWCNTs聚集簇体积较小且不会随MWCNTs含量增加而增大。交替多层复合材料有较为明显的层结构。MWCNTs的均匀分散和交替多层结构能赋予复合材料更高的介电常数。当MWCNTs含量2wt%时,交替多层复合材料的介电常数为3.57(1MHz,室温),是纯PP的1.9倍,是相同MWCNTs含量下的单层复合材料的1.7倍,是多层复合材料的1.4倍。(2)以塑料用碳纳米管导电填料(CB-CNTs:爱格富B型导电炭黑60/碳纳米管40)为分散相填充到PP中,采用微纳层叠共挤出,制备了(CB-CNTs/PP)/PP交替多层复合材料。研究结果表明,在(CB-CNTs/PP)/PP交替多层复合材料中CB-CNTs存在团聚,聚集簇体积较小且不会随CB-CNTs含量增加而明显增大,分散较为均匀。(CB-CNTs/PP)/PP复合材料的介电常数随分散相含量增加而增大,但其值仍然很小。(3)以聚酰胺11(PA11)为分散相,PP为基体,采用微纳层叠共挤方法,制备了PA11/PP原位成纤复合材料。PA11在基体PP中成纤效果好,且沿挤出方向取向明显。复合材料的介电常数随PA11含量增加而增大,但其值仍然很小。(4)以PP/MWCNTs复合母粒(TNPP)为填料的(TNPP/PP)/PP交替多层复合材料中,MWCNTs分散非常均匀,几乎呈微纳米级分散在复合材料中,所得复合材料具有明显的交替多层结构。MWCNTs对PP有异相成核作用,使(TNPP/PP)/PP复合材料的结晶温度和结晶度都随MWCNTs含量的增加而升高。TNPP的加入明显提高了复合材料的拉伸强度。在相同碳纳米管含量和相同频率下,(TNPP/PP)/PP复合材料介电常数比直接添加MWCNTs或CB-CNTs所得复合材料的介电常数高。当MWCNTs含量为5wt%时,(TNPP/PP)/PP复合材料介电常数高达47.45(室温,100Hz),tanδ为0.61,电导率为1.62×10-7S/m。(5)以聚酰胺6(PA6)/MWCNTs复合母粒(TNPA6)为填料的(TNPA6/PP)/PP交替多层复合材料中,MWCNTs未能在复合体系中实现微纳米级分散,而是优先分散在PA6中,再以PA6/MWCNTs复合颗粒形式相对均匀的分散在基体PP中。MWCNTs无法对基体PP起到异相成核作用,体积较大的复合颗粒自身也不能起到异相成核的作用,反而因阻碍PP分子链段运动使得复合材料的结晶温度与结晶度均随MWCNTs含量的增加而降低。(TNPA6/PP)/PP复合材料拉伸强度随TNPA6含量增加明显降低。MWCNTs优先分散在PA6中再以复合颗粒的形式分散在PP中,增加了复合材料的界面,增强了复合材料的界面极化,有助于提高复合材料介电常数,当复合材料中MWCNTs含量为5wt%时,复合材料介电常数高达127.34(室温,100Hz),电导率为9×10-5S/m。