【摘要】：導(dǎo)電高聚物復(fù)合材料制備及性能研究,對(duì)高聚物基體、導(dǎo)電填料分析并篩選,確定選用炭黑/多壁碳納米管/聚丙烯復(fù)合材料。本文通過熔融共混、注塑成型的方法將炭黑(CB)母粒、多壁碳納米管(MWCNTs)母粒與聚丙烯(PP)混合制備CB/MWCNTs/PP導(dǎo)電復(fù)合材料。通過改變MWCNTs和CB的體積分?jǐn)?shù),探究導(dǎo)電填料含量對(duì)復(fù)合材料形態(tài)結(jié)構(gòu)、熱學(xué)性能、壓阻行為和流變性能的影響。本論文主要從以下幾個(gè)方面展開研究:首先,對(duì)CB母粒、MWCNTs母粒和PP粒料進(jìn)行計(jì)算稱量,通過高速混料機(jī)混合并標(biāo)注編號(hào),用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒,將造好的粒料烘干倒入注塑機(jī)中制備出不同規(guī)格的CB/MWCNTs/PP導(dǎo)電高聚物復(fù)合材料。其次,分析導(dǎo)電填料含量對(duì)CB/MWCNTs/PP復(fù)合材料微觀形貌、動(dòng)態(tài)熱力學(xué)和結(jié)晶行為的影響。通過SEM圖可以看出隨著導(dǎo)電填料增多,粒子間隙越來越小,復(fù)合材料導(dǎo)電性能增強(qiáng),MWCNTs的摻入會(huì)提升復(fù)合體系導(dǎo)電性能;DMA試驗(yàn)表明復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和體系晶相轉(zhuǎn)變溫度隨著CB含量的增大均有所下降,而儲(chǔ)能模量和損耗模量在低溫區(qū)會(huì)隨著CB的增大而上升;POM試驗(yàn)表明CB填料的加入對(duì)PP球晶尺寸幾乎沒有影響,而MWCNTs填料的加入使得PP球晶尺寸逐漸減小。然后,研究發(fā)現(xiàn)高聚物復(fù)合材料的逾滲閾值隨著MWCNTs填料含量的增加而降低;復(fù)合材料壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線初始階段斜率會(huì)隨著應(yīng)變率及填料含量的增加而增大,出現(xiàn)應(yīng)變率強(qiáng)化現(xiàn)象和復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)作用。當(dāng)導(dǎo)電填料含量低于或高于逾滲值時(shí),導(dǎo)電復(fù)合材料電阻率表現(xiàn)出NPC效應(yīng),并且會(huì)隨著應(yīng)變率的增大出現(xiàn)下降滯后現(xiàn)象;當(dāng)導(dǎo)電填料含量在逾滲值附近時(shí),導(dǎo)電復(fù)合材料電阻率表現(xiàn)出PPC效應(yīng),并且會(huì)隨著應(yīng)變率的增大出現(xiàn)上升較快現(xiàn)象;復(fù)合材料的彈性模量隨著填料含量的增大而增大,而拉伸強(qiáng)度的大小主要取決于基體與填料的相容情況,復(fù)合材料的泊松比對(duì)CB含量的變化并不敏感,與MWCNTs填料的含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。最后,流變性能試驗(yàn)結(jié)果表明CB/MWCNTs/PP復(fù)合材料屬于溫敏性材料;當(dāng)導(dǎo)電填料φ4%,動(dòng)態(tài)應(yīng)變?chǔ)?00%時(shí),復(fù)合材料熔體呈現(xiàn)線性粘彈行為,動(dòng)態(tài)應(yīng)變?chǔ)?00%時(shí),復(fù)合材料熔體呈現(xiàn)非線性粘彈行為;復(fù)合黏度對(duì)低頻率掃描不敏感,在低頻率時(shí),少量CB可作為復(fù)合材料的潤滑劑,隨著CB含量增加,復(fù)合材料粘度增大,當(dāng)填料體積分?jǐn)?shù)介于2%~4%之間,復(fù)合材料達(dá)到流變逾滲,隨著頻率上升,不同含量材料的復(fù)合黏度越來越逼近,并且呈現(xiàn)剪切變稀現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33
【圖文】：

寧波大學(xué)碩士學(xué)位論文- 3 -圖1.1 復(fù)合材料電阻率-導(dǎo)電填料濃度關(guān)系曲線Fig.1.1 Relationsbetweentheresistivityandconductive fillercontent（2）有效介質(zhì)理論有效介質(zhì)理論是對(duì)二元無規(guī)則非均勻復(fù)合材料中電子傳遞現(xiàn)象的解釋，認(rèn)為復(fù)合體系中導(dǎo)電顆粒都具有相同的電導(dǎo)率。1987 年，賓夕法尼亞州立大學(xué)材料 研 究 室 D.Mclachlan 等 研 究 者根 據(jù) 有 效 介 質(zhì) 理 論提 出 有 效 介 質(zhì) 普 適 方 程（GeneralEffectiveMediaEquation，GEM 方程）[11]： 1/ 1/ 1/ 1/1/ 1/ 1/ 1/10t t t tl ht t t tl hA A （1.1）式中：1ccA ，φc為高電導(dǎo)率成分臨界體積分?jǐn)?shù)；φ為高電導(dǎo)率成分的體積分?jǐn)?shù)；σ為復(fù)合材料基體成分的電導(dǎo)率；σh為高電導(dǎo)率成分的電導(dǎo)率；σl為低電導(dǎo)率成分的電導(dǎo)率；t 為滲流常數(shù)。GEM 方程盡管可以對(duì)二元復(fù)合材料的電阻率-填料濃度曲線進(jìn)行精確擬合，但方程中的結(jié)構(gòu)參數(shù)仍然無法與填料形狀、大小及分布相對(duì)應(yīng)，GEM 方程的使用受到一定限制。（3）熱力學(xué)理論熱力學(xué)理論是由 Miyasaka 提出，認(rèn)為導(dǎo)電填料和高聚物基體界面效應(yīng)會(huì)影

導(dǎo)電高聚物復(fù)合材料制備及性能研究- 16 -圖2.1 雙螺桿擠出機(jī)料筒及溫控系統(tǒng)Fig.2.1 Barrelsandtemperaturecontrollingsystemofdoublescrewextruder用 LQ60 型切粒機(jī)將通過不銹鋼水槽冷卻后的復(fù)合材料長條切粒（如圖 2.2所示），切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在 500r/min 左右，得到復(fù)合材料的注塑母料。將切粒后的各編號(hào)的母料倒在托盤中，放置在 90℃的烘箱中干燥 12h，用于下一步注射成型工藝。圖 2.2 雙螺桿擠出機(jī)現(xiàn)場運(yùn)作照片F(xiàn)ig.2.2 Thephotos ofdoublescrewextruder

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本文編號(hào)：2739933