碳黑填充多相導電高分子材料的研制.pdf

1、填充型導電高分子材料已廣泛應用于電子、能源、化工、宇航等領域，被認為是最有發(fā)展前景的導電高分子材料之一。在復合型導電高分子材料中，為了使導電組份在基體中形成連續(xù)的導電網(wǎng)絡結構，填充量要求超過導電滲濾閾值。一般來說，粒子填充導電復合材料的滲濾閾值都比較高，往往超過20％。高填充量會對材料帶來一些不利影響，如增加了復合體系的熔體粘度，可加工性能和力學性能變差，因此，降低導電組份的填充量是改善復合型導電高分子材料的關鍵之一。 本論文以

2、聚丙烯(PP)和低密度聚乙烯(LDPE)為基體，以導電碳黑(CB)為導電填料，制備了一系列的導電復合材料。研究了導電復合材料獲得較低滲濾閾值的原料配比和工藝條件，探討了導電復合材料的滲濾曲線以及滲濾閾值的計算方法，同時對導電復合材料體系的形態(tài)、結晶性能、流變性能和正溫度系數(shù)(PTC)效應進行了研究。 對兩相體系CB/PP、CB/LDPE和三相體系CB/PP/LDPE導電性能的研究表明，與前者相比，多相體系表現(xiàn)出相對較低的滲濾閾值

3、，其原因是CB主要分布在LDPE相中；同時，發(fā)現(xiàn)PP/LDPE的質(zhì)量比為8/2時，多相導電材料具有最低的滲濾閾值(4.9％)；改變CB、PP、LDPE三者的共混順序，能夠得到不同滲濾閾值的導電復合材料。 對導電復合材料形態(tài)的研究表明，CB選擇性地富集在LDPE相中，這個與滲濾閾值理論的推測相一致。而對導電復合材料的PTC效應的研究發(fā)現(xiàn)，PTC效應與滲濾網(wǎng)絡的連續(xù)相變化有關。與雙相導電復合材料相比，利用雙滲濾理論所制備的多相導電復

4、合材料能夠提高材料的PTC強度。同時，發(fā)現(xiàn)在PTC轉(zhuǎn)變過程中，在體系滲濾閾值附近的PTC強度比較大；CB含量遠離滲濾閾值時，PTC強度不明顯。 對多相導電材料復合體系(CB/PP/LDPE)流變性能的研究表明，體系的復數(shù)粘度、損耗模量、儲能模量都隨碳黑含量的變化出現(xiàn)相似的變化趨勢：隨著導電體系碳黑含量的增加，體系表現(xiàn)出切力變稀特性；在低頻區(qū)，當CB含量低于5％時，CB對體系的流變行為對頻率有一定的依賴性，而當CB含量高于5％時，

5、體系的流變行為對頻率的變化不敏感，表現(xiàn)出類固體行為，說明體系中CB粒子已形成阻礙大分子運動的網(wǎng)絡結構。對比導電滲濾行為，復合體系的流變閾值(2.66％)相對較低，分析認為出現(xiàn)導電行為所要求的碳黑粒子間的距離比出現(xiàn)流變行為要求的粒子間的距離小，所以要達到該體系的導電滲濾(導電的滲濾閾值為4.9％)就需要更多的碳黑填充以降低碳黑粒子間的距離。 對導電復合材料的結晶性能進行了研究，結果表明，在復合體系中PP對LDPE結晶性能的影響較L