導(dǎo)電高分子復(fù)合材料由于其優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和成型加工性而備受關(guān)注。制備性能優(yōu)異的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的關(guān)鍵在于在低導(dǎo)電粒子含量下實現(xiàn)高導(dǎo)電性。但是,對于常規(guī)的填料分散,由于空間效應(yīng)往往需要很高的添加量才能形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò);并且由于導(dǎo)電填料的隨機分布,使得材料的導(dǎo)電性能在各個方向并無差別,這很大程度的限制了導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的使用范圍。因此,有效的導(dǎo)電填料分布將決定復(fù)合材料最終的導(dǎo)電性能。本文重點從導(dǎo)電填料分布的角度和形態(tài)調(diào)控出發(fā),旨在調(diào)節(jié)導(dǎo)電填料在高分子基體中的有效分布,構(gòu)建高效且具有各向異性的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。為了解決以上問題,本文通過構(gòu)建隔離結(jié)構(gòu)、磁場對磁性粒子的取向排列來有效地控制導(dǎo)電填料在高分子基體中的分布,通過形態(tài)調(diào)控的方法設(shè)計了不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電復(fù)合材料,降低了材料的導(dǎo)電逾滲值,并且使其具有各向異性導(dǎo)電。主要內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)通過在聚乳酸/聚己內(nèi)酯/多壁碳納米管(PLLA/PCL/MWCNTs)復(fù)合材料組裝形成具有隔離結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),降低導(dǎo)電復(fù)合材料的逾滲閾值。首先,將MWCNTs分散在PCL中以獲得PCL/MWCNTs母料。其次,將此母料在100℃下良好地涂覆在PLLA顆粒上。最后,將包覆的PLLA顆粒模壓成型以形成隔離結(jié)構(gòu)。形貌觀察顯示MWCNTs只分散在連續(xù)PCL相中,這種結(jié)構(gòu)使其擁有0.0085wt%MWCNTs的超低逾滲閾值。并且在僅含0.05wt%的MWCNTs的復(fù)合材料中實現(xiàn)了3.84×10~(-4) S/m的高電導(dǎo)率。此外,具有隔離結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料不僅比相應(yīng)的常規(guī)復(fù)合材料具有高10%的楊氏模量,而且保持了高的斷裂伸長率和拉伸強度。(2)通過磁場誘導(dǎo)磁性納米粒子定向排列自組織調(diào)控等規(guī)聚丙烯(iPP)/線性低密度聚乙烯(LLDPE)共混物的形態(tài)結(jié)構(gòu)。首先,將氧化鐵(Fe_3O_4)與LLDPE熔融共混形成LLDPE+Fe_3O_4母料;其次,將此母料與iPP熔融混合形成具有隨機分布的LLDPE+Fe_3O_4“島結(jié)構(gòu)”的iPP/(LLDPE+Fe_3O_4)復(fù)合材料。最后,將隨機分布的復(fù)合材料在低磁場中進行磁場處理,從而誘導(dǎo)LLDPE“島結(jié)構(gòu)”相互聚結(jié)形成“帶狀結(jié)構(gòu)”。結(jié)果表明,具有平行“帶狀結(jié)構(gòu)”的復(fù)合材料的屈服強度,楊氏模量和儲能模量均高于具有“島結(jié)構(gòu)”的復(fù)合材料。由于界面滑移,具有“帶狀結(jié)構(gòu)”的樣品的復(fù)數(shù)粘度低于具有“島結(jié)構(gòu)”的樣品。(3)利用磁性粒子在磁場作用下的定向排列來實現(xiàn)各向異性的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。首先將PCL與納米鎳顆粒(Ni)熔融共混,然后將其在100℃下包裹在PLLA/MWCNTs顆粒表面,再將包裹有Ni/PCL的PLLA/MWCNTs顆粒在190℃下熱壓形成隔離結(jié)構(gòu);最后將具有隔離結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在低磁場中100℃下處理30min。結(jié)果表明,磁場處理后,不同方向的導(dǎo)電性能展現(xiàn)出有很大的差異。當(dāng)導(dǎo)電測試方向與磁場處理方向平行時,樣品的導(dǎo)電性能明顯好于與磁場垂直的方向,如當(dāng)加入4.5wt%的納米鎳時,平行方向的電導(dǎo)率為1.28x10~(-3)S/m,而垂直方向的電導(dǎo)率為4.76x10~(-9)S/m,相差了大約6個數(shù)量級,表現(xiàn)出明顯的各向異性導(dǎo)電性能。對于非隔離的體系,在相同鎳含量和磁場處理條件下,未表現(xiàn)出導(dǎo)電各向異性,說明導(dǎo)電各向異性與隔離結(jié)構(gòu)和磁場排列有關(guān)。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

隨著導(dǎo)電填料含量的增加，可以在聚合物基體中建立額外的導(dǎo)電通路，允許電導(dǎo)率逐漸增加直至達到飽和平臺，如圖 1-1 所示。圖 1-1 CPCs 的經(jīng)典逾滲曲線。Fig. 1-1 Classical percolation curve of CPCs圖 1-1 描述的就是 CPCs 的電導(dǎo)率與導(dǎo)電粒子濃度之間的關(guān)系，我們可以用經(jīng)典的逾滲理論[10,11]進一步分析： tc 0公式 1-1其中 表示導(dǎo)電高分子復(fù)合材料電導(dǎo)率，t 是與 CPCs 中導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的維度相關(guān)的

圖 1-2 隔離結(jié)構(gòu)時的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形態(tài)原理圖Figure 1-2 Schematic draws of the conductive network morphology of segregated structure制備 s-CPCs 的方法一般有三種：（1）干法或溶液混合：干法或溶液混合[26,27]是將導(dǎo)電填料與高分子基體粒子過簡單的溶液或干法混合使得高分子粒子表面包覆填料粒子，再通過模壓成型

其中一相或不相容兩相連續(xù)的高分子界面，從而形成相態(tài)和導(dǎo)電填料網(wǎng)絡(luò)同時連續(xù)的一種導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形態(tài)。這種結(jié)構(gòu)可以使得導(dǎo)電填料在整個基體中隔離，在有限的體積下形成部分基體和填料連續(xù)的結(jié)構(gòu)，可以極大降低填料的添加量。其形態(tài)原理圖如圖 1-3 所示：
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本文編號：2864106