【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(duì)溫度、有機(jī)溶劑、拉力等外場(chǎng)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(guò)溫度保護(hù)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(lái)CPCs理論和應(yīng)用研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。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(xì)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(duì)溫度、有機(jī)溶劑的響應(yīng)行為。主要研究成果如下:1、具有導(dǎo)電超細(xì)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(xì)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(xì)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)導(dǎo)電填料含量高于逾滲值的CPCs試樣進(jìn)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(xì)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(guò)等溫?zé)崽幚?IT)的方法來(lái)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(qiáng)PTC強(qiáng)度(IPTC)和較弱NTC強(qiáng)度(INTC)的CB/PA6/HDPE CPCs。這主要?dú)w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(dú)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?dú)w因于升溫速率對(duì)CPCs基體熔點(diǎn)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(qiáng),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(shí)達(dá)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(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。(3)當(dāng)終點(diǎn)溫度為140oC時(shí),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(diǎn)溫度為180oC時(shí),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(diǎn)溫度為150oC時(shí),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?dú)w因于不同升降溫過(guò)程及聚合物基體在不同終點(diǎn)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(cè)試條件。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō),不同的測(cè)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(duì)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(xì)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(gè)浸潤(rùn)-揮發(fā)過(guò)程中復(fù)合材料對(duì)二甲苯、環(huán)己烷、二氯甲烷和乙酸乙酯這四種有機(jī)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?dú)w因于Flory-Huggins相互作用參數(shù)12c。(2)浸潤(rùn)72小時(shí)之后,CPCs在這四種有機(jī)溶劑中的響應(yīng)度均有所下降。這主要是因?yàn)镃PCs在長(zhǎng)時(shí)間的浸潤(rùn)過(guò)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?yàn)橛绊慍PCs液敏行為的參數(shù)-溶解度和溶劑的擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的升高而增大,這將加速有機(jī)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(duì)于CB/PA6/HDPE導(dǎo)電高分子復(fù)合材料,有機(jī)溶劑的性質(zhì)、浸潤(rùn)時(shí)間的長(zhǎng)短和環(huán)境溫度對(duì)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(lái)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(lái)預(yù)測(cè)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(lái)說(shuō)，當(dāng)維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)體系；當(dāng)t值在 1.6-2.0 之間時(shí)，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(duì)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(duì)以上物理現(xiàn)象進(jìn)行了行的理論預(yù)測(cè)和該實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2516655