聚丙烯基石墨导电纳米复合材料的研究

来源 :四川大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoF123456789
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本论文用溶液插层(SI)和母料熔体混合(MMM)方法制备了聚丙烯(PP)/马来酸酐接枝聚丙烯(gPP)/膨胀石墨(EG)导电纳米复合材料,以直接熔体混合(DMM)法制备的PP/gPP/EG、PP/EG复合材料作对照,通过电阻率(ρv)测试,TEM、SEM、OM观察和XRD、DSC、DMTA分析,研究了制备方法、加工条件、EG质量或体积分数(fw或φ)、gPP质量含量(Cg)或gPP/EG质量比(Rw)和PP/gPP质量比(Rw)对复合材料结构形态、电性能及其温度依赖性的影响,得到以下主要结果: (1)制备方法对复合材料结构和电性能有很大影响。SI、MMM、DMM法制得Rw=1.5复合材料和PE/EG对照材料的逾渗阈值fw,c分别为7.05、10.50、13.22和13.56%。与此对应,复合材料中EG粒子的尺寸和形状比、粒子内部EG-gPP/PP纳米和微米两级复合结构的规整性,随制备方法不同有SI法>MMM法>DMM法的关系,在PP/EG对照材料中最小。 (2)增加Cg能提高复合材料的导电性。MMM、DMM法制得Rw=1复合材料的fw,c(7.96,11.91%)分别低于对应方法制得Rw=1.5复合材料的fw.c(10.50,13.22%)。MMM法制得fw=9%复合材料的ρv~Rw关系表现出类似于Rw=1.5下ρv~fw关系的逾渗导电行为。Cg增加时复合材料中EG粒子的尺寸和形状比增大是其结构原因。 (3)逾渗理论可用于描述上述材料的导电行为。得出SI、MMM、DMM法制得Rw=1.5复合材料和PP/EG对照材料的逾渗阈值φc分别为2.91、4.51,5.63和5.83%,其中SI、DMM复合体系和PE/EG复合体系的临界指数u分别四川大学硕士学位论文为5 .13、3.93和4.23。这些逾渗特性参数与材料结构特征之间存在相关性。 (4)加工参数对相同方法制得复合材料的结构和电性能有重要影响。优化和未优化熔体捏合参数的DMM法制得Rw=1 .5复合材料的fw。分别为9.49和13.22%。熔体混合时物料受剪切程度和EG粒子破碎程度的减小,致使EG粒子的尺寸和形状比增大是其结构原因。 (5)复合材料的电阻一温度特J性与其制备方法和结构有关。用SI、优化DMM法制得Rw=1 .5、分fw.。复合材料的p,都有温度依赖性,在温度趋近PP熔点(约170℃)时,出现明显的PTC效应,高于熔点后出现NTC效应。反映PTC效应强弱的PTC强度随帆.fw,。)减小而增大,sI法复合材料的最大PTC弓蜀度明显低于优化DMM法复合材料,原因是前者中EG粒子的尺寸和形状比比后者中为大,所形成导电通路网络比后者中稳定,不容易在晶相熔化和体积膨胀时被破坏。 关键词:聚丙烯,马来酸醉接枝聚丙烯,膨胀石墨,纳米复合材料,制备方法,加工参数,结构形态,电性能
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