【摘要】：復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料(CPCs)指的是以高分子材料為基體,將一種或幾種導(dǎo)電填料加入其中制備而成的具備導(dǎo)電功能的復(fù)合材料。由于CPCs成本較低、易于成型和大規(guī)模生產(chǎn)及其體積電阻率對溫度、有機溶劑、拉力等外場作用的響應(yīng)行為,現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于自控溫發(fā)熱材料、過溫度保護裝置、傳感器等領(lǐng)域。然而用傳統(tǒng)方法制備的CPCs一般具有較高的逾滲值,而高的填充量往往導(dǎo)致CPCs的加工性能和力學(xué)性能較差。所以,探索制備CPCs的新方法,在保證其具備良好的導(dǎo)電性能的基礎(chǔ)上,降低其逾滲值,從而使復(fù)合材料具有良好的加工性能和力學(xué)性能是近年來CPCs理論和應(yīng)用研究的重點和熱點。本文將靜電紡絲技術(shù)與熱壓工藝相結(jié)合,制備了具有導(dǎo)電超細纖維網(wǎng)絡(luò)的炭黑(CB)/尼龍6(PA6)/高密度聚乙烯(HDPE)CPCs,并研究了CPCs的逾滲行為及其對溫度、有機溶劑的響應(yīng)行為。主要研究成果如下:1、具有導(dǎo)電超細纖維網(wǎng)絡(luò)的CB/PA6/HDPE復(fù)合材料制備及其電性能的研究(1)本文首先利用靜電紡絲技術(shù)制備超細電紡PA6纖維,然后將CB粒子分散到PA6纖維上,從而制備了具有良好導(dǎo)電功能的CB/PA6纖維網(wǎng)絡(luò),再將該導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)與HDPE薄膜以類似“三明治”結(jié)構(gòu)熱壓,制備了具有導(dǎo)電超細纖維網(wǎng)絡(luò)的CB/PA6/HDPE CPCs。(2)該制備方法綜合考慮了高分子的形態(tài)控制和導(dǎo)電粒子-CB的分布控制,使CB填充HDPE CPCs的逾滲值降至4.3 vol%,遠遠低于普通CB/HDPE CPCs的逾滲值(約8.5 vol%)。(3)用經(jīng)典逾滲理論對導(dǎo)電填料含量高于逾滲值的CPCs試樣進行分析,發(fā)現(xiàn)該CPCs的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)因子t=2.57,這與經(jīng)典逾滲理論有些偏差。CPCs復(fù)雜的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及CB/PA6導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間的隧道導(dǎo)電效應(yīng)是造成這種偏差的主要原因。2、具有導(dǎo)電超細纖維網(wǎng)絡(luò)的CB/PA6/HDPE復(fù)合材料溫度-電阻行為的研究(1)通過等溫?zé)崽幚?IT)的方法來調(diào)節(jié)CPCs的PTC效應(yīng)和NTC效應(yīng),從而制備了一種具有較強PTC強度(IPTC)和較弱NTC強度(INTC)的CB/PA6/HDPE CPCs。這主要歸因于CPCs中由CB/PA6導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)薄膜和從CB/PA6膜上脫落的CB粒子組成的獨特的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)在IT中的演變。(2)CPCs的IPTC最大值的發(fā)生溫度隨升溫速率的增大而升高。這主要歸因于升溫速率對CPCs基體熔點及體積膨脹的影響。而CPCs的IPTC先隨著升溫速率的增大而增強,隨后卻隨著升溫速率的繼續(xù)增大而減弱,在升溫速率為2°C/min時達到最大值。該現(xiàn)象主要是不同升溫速率下,復(fù)合材料基體體積膨脹及熱殘余應(yīng)力兩種作用相互競爭的結(jié)果。(3)當(dāng)終點溫度為140oC時,CPCs在升降溫循環(huán)后的室溫體積電阻率是其初始室溫電阻率的30多倍;當(dāng)終點溫度為180oC時,其在升降溫循環(huán)后的室溫體積電阻率幾乎返回到初始值;當(dāng)終點溫度為150oC時,其在升降溫循環(huán)后的室溫體積電阻率稍高于初始室溫電阻率。這主要歸因于不同升降溫過程及聚合物基體在不同終點溫度下粘度不同導(dǎo)致的CPCs導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演變的差異。(4)總之,CPCs的溫度-電阻行為依賴于CPCs導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的微觀結(jié)構(gòu)及溫度-電阻行為的測試條件。對于本實驗來說,不同的測試條件導(dǎo)致復(fù)合材料中導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的演變不同,最終導(dǎo)致復(fù)合材料溫度-電阻行為的不同。本研究對PTC材料的應(yīng)用具有非常重要的指導(dǎo)作用。3、具有導(dǎo)電超細纖維網(wǎng)絡(luò)的CB/PA6/HDPE復(fù)合材料液敏行為的研究(1)在十個浸潤-揮發(fā)過程中復(fù)合材料對二甲苯、環(huán)己烷、二氯甲烷和乙酸乙酯這四種有機溶劑具有良好的選擇性;且CPCs在良溶劑中表現(xiàn)出較高的響應(yīng)度。該現(xiàn)象主要歸因于Flory-Huggins相互作用參數(shù)12c。(2)浸潤72小時之后,CPCs在這四種有機溶劑中的響應(yīng)度均有所下降。這主要是因為CPCs在長時間的浸潤過程中形成了更穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。(3)CPCs的響應(yīng)度隨環(huán)境溫度的升高而增大。這主要是因為影響CPCs液敏行為的參數(shù)-溶解度和溶劑的擴散系數(shù)隨溫度的升高而增大,這將加速有機溶劑的滲透作用,最終導(dǎo)致CPCs響應(yīng)度的增加。(4)本研究證明,對于CB/PA6/HDPE導(dǎo)電高分子復(fù)合材料,有機溶劑的性質(zhì)、浸潤時間的長短和環(huán)境溫度對CPCs的液體敏感行為影響顯著。
【圖文】：

電導(dǎo)率與導(dǎo)電填料的關(guān)系曲線呈現(xiàn)出典型的 S 形逾PCs 電性能的演變規(guī)律，研究者們提出了許多滲理論（Kirkpatrick-Zallen）模型[18]、Miyasak以及 Mamunya 模型[17]等。盡管研究者們建立是在不充分假設(shè)的基礎(chǔ)上解釋 CPCs 的導(dǎo)電行一般采用 Kirkpatrick-Zallen 模型來研究 CPCs 0tc p pCs 的逾滲值， p 是 CPCs 中導(dǎo)電填料的含量，的電導(dǎo)率，，t是用來預(yù)測導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)維數(shù)的參數(shù)。log 作圖所得曲線的斜率獲得。一般來說，當(dāng)維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)體系；當(dāng)t值在 1.6-2.0 之間時，C

1 緒論。他研究了 CB/聚丙烯（PP）/HDPE 和 CB/PP系中 CB 粒子的選擇性分布和逾滲行為[13]。發(fā)現(xiàn)，子選擇性地分布在 HDPE 相中，如圖 1.2 所示；對于 所示，CB 粒子選擇性地分布在 PP 和 PMMA 的相容聚合物界面的結(jié)構(gòu)（如圖 1.3 結(jié)構(gòu)）更有利ita 不僅利用 Yang,s 方程對以上物理現(xiàn)象進行了行的理論預(yù)測和該實驗結(jié)果非常吻合。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 劉治猛,羅遠芳;高分子材料高性能化研究的哲學(xué)思考[J];東莞理工學(xué)院學(xué)報;2003年01期

2 鐘代英;導(dǎo)電高分子材料[J];西安郵電學(xué)院學(xué)報;1996年04期

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1 張宇強;炭黑填充聚酰胺6制備導(dǎo)電復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)和性能研究[D];浙江大學(xué);2008年

本文編號：2516655