导电高聚物复合材料制备及性能研究

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导电高聚物复合材料制备及性能研究,对高聚物基体、导电填料分析并筛选,确定选用炭黑/多壁碳纳米管/聚丙烯复合材料。本文通过熔融共混、注塑成型的方法将炭黑(CB)母粒、多壁碳纳米管(MWCNTs)母粒与聚丙烯(PP)混合制备CB/MWCNTs/PP导电复合材料。通过改变MWCNTs和CB的体积分数,探究导电填料含量对复合材料形态结构、热学性能、压阻行为和流变性能的影响。本论文主要从以下几个方面展开研究:  首先,对CB母粒、MWCNTs母粒和PP粒料进行计算称量,通过高速混料机混合并标注编号,用双螺杆挤出机挤出造粒,将造好的粒料烘干倒入注塑机中制备出不同规格的CB/MWCNTs/PP导电高聚物复合材料。  其次,分析导电填料含量对CB/MWCNTs/PP复合材料微观形貌、动态热力学和结晶行为的影响。通过SEM图可以看出随着导电填料增多,粒子间隙越来越小,复合材料导电性能增强,MWCNTs的掺入会提升复合体系导电性能;DMA试验表明复合材料的玻璃化转变温度和体系晶相转变温度随着CB含量的增大均有所下降,而储能模量和损耗模量在低温区会随着CB的增大而上升;POM试验表明CB填料的加入对PP球晶尺寸几乎没有影响,而MWCNTs填料的加入使得PP球晶尺寸逐渐减小。  然后,研究发现高聚物复合材料的逾渗阈值随着MWCNTs填料含量的增加而降低;复合材料压缩应力-应变曲线初始阶段斜率会随着应变率及填料含量的增加而增大,出现应变率强化现象和复合材料颗粒增强作用。当导电填料含量低于或高于逾渗值时,导电复合材料电阻率表现出NPC效应,并且会随着应变率的增大出现下降滞后现象;当导电填料含量在逾渗值附近时,导电复合材料电阻率表现出PPC效应,并且会随着应变率的增大出现上升较快现象;复合材料的弹性模量随着填料含量的增大而增大,而拉伸强度的大小主要取决于基体与填料的相容情况,复合材料的泊松比对CB含量的变化并不敏感,与MWCNTs填料的含量呈现负相关。  最后,流变性能试验结果表明CB/MWCNTs/PP复合材料属于温敏性材料;当导电填料φ<4%,动态应变γ<100%时,复合材料熔体呈现线性粘弹行为,动态应变γ>100%时,复合材料熔体呈现非线性粘弹行为;复合黏度对低频率扫描不敏感,在低频率时,少量CB可作为复合材料的润滑剂,随着CB含量增加,复合材料粘度增大,当填料体积分数介于2%~4%之间,复合材料达到流变逾渗,随着频率上升,不同含量材料的复合黏度越来越逼近,并且呈现剪切变稀现象。
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