【摘要】：導電高聚物復合材料制備及性能研究,對高聚物基體、導電填料分析并篩選,確定選用炭黑/多壁碳納米管/聚丙烯復合材料。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導電復合材料。通過改變MWCNTs和CB的體積分數(shù),探究導電填料含量對復合材料形態(tài)結構、熱學性能、壓阻行為和流變性能的影響。本論文主要從以下幾個方面展開研究:首先,對CB母粒、MWCNTs母粒和PP粒料進行計算稱量,通過高速混料機混合并標注編號,用雙螺桿擠出機擠出造粒,將造好的粒料烘干倒入注塑機中制備出不同規(guī)格的CB/MWCNTs/PP導電高聚物復合材料。其次,分析導電填料含量對CB/MWCNTs/PP復合材料微觀形貌、動態(tài)熱力學和結晶行為的影響。通過SEM圖可以看出隨著導電填料增多,粒子間隙越來越小,復合材料導電性能增強,MWCNTs的摻入會提升復合體系導電性能;DMA試驗表明復合材料的玻璃化轉變溫度和體系晶相轉變溫度隨著CB含量的增大均有所下降,而儲能模量和損耗模量在低溫區(qū)會隨著CB的增大而上升;POM試驗表明CB填料的加入對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)高聚物復合材料的逾滲閾值隨著MWCNTs填料含量的增加而降低;復合材料壓縮應力-應變曲線初始階段斜率會隨著應變率及填料含量的增加而增大,出現(xiàn)應變率強化現(xiàn)象和復合材料顆粒增強作用。當導電填料含量低于或高于逾滲值時,導電復合材料電阻率表現(xiàn)出NPC效應,并且會隨著應變率的增大出現(xiàn)下降滯后現(xiàn)象;當導電填料含量在逾滲值附近時,導電復合材料電阻率表現(xiàn)出PPC效應,并且會隨著應變率的增大出現(xiàn)上升較快現(xiàn)象;復合材料的彈性模量隨著填料含量的增大而增大,而拉伸強度的大小主要取決于基體與填料的相容情況,復合材料的泊松比對CB含量的變化并不敏感,與MWCNTs填料的含量呈現(xiàn)負相關。最后,流變性能試驗結果表明CB/MWCNTs/PP復合材料屬于溫敏性材料;當導電填料φ4%,動態(tài)應變γ100%時,復合材料熔體呈現(xiàn)線性粘彈行為,動態(tài)應變γ100%時,復合材料熔體呈現(xiàn)非線性粘彈行為;復合黏度對低頻率掃描不敏感,在低頻率時,少量CB可作為復合材料的潤滑劑,隨著CB含量增加,復合材料粘度增大,當填料體積分數(shù)介于2%~4%之間,復合材料達到流變逾滲,隨著頻率上升,不同含量材料的復合黏度越來越逼近,并且呈現(xiàn)剪切變稀現(xiàn)象。
【學位授予單位】：寧波大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33
【圖文】：

寧波大學碩士學位論文- 3 -圖1.1 復合材料電阻率-導電填料濃度關系曲線Fig.1.1 Relationsbetweentheresistivityandconductive fillercontent（2）有效介質理論有效介質理論是對二元無規(guī)則非均勻復合材料中電子傳遞現(xiàn)象的解釋，認為復合體系中導電顆粒都具有相同的電導率。1987 年，賓夕法尼亞州立大學材料 研 究 室 D.Mclachlan 等 研 究 者根 據(jù) 有 效 介 質 理 論提 出 有 效 介 質 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為高電導率成分臨界體積分數(shù)；φ為高電導率成分的體積分數(shù)；σ為復合材料基體成分的電導率；σh為高電導率成分的電導率；σl為低電導率成分的電導率；t 為滲流常數(shù)。GEM 方程盡管可以對二元復合材料的電阻率-填料濃度曲線進行精確擬合，但方程中的結構參數(shù)仍然無法與填料形狀、大小及分布相對應，GEM 方程的使用受到一定限制。（3）熱力學理論熱力學理論是由 Miyasaka 提出，認為導電填料和高聚物基體界面效應會影

導電高聚物復合材料制備及性能研究- 16 -圖2.1 雙螺桿擠出機料筒及溫控系統(tǒng)Fig.2.1 Barrelsandtemperaturecontrollingsystemofdoublescrewextruder用 LQ60 型切粒機將通過不銹鋼水槽冷卻后的復合材料長條切粒（如圖 2.2所示），切粒機的轉速控制在 500r/min 左右，得到復合材料的注塑母料。將切粒后的各編號的母料倒在托盤中，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 雙螺桿擠出機現(xiàn)場運作照片F(xiàn)ig.2.2 Thephotos ofdoublescrewextruder

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本文編號：2739933