收藏本站
《北京化工大学》 2013年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

聚合物/炭黑复合材料导电和增韧研究

景涛  
【摘要】:高分子材料因为其密度小、质量轻、电绝缘性良好被广泛应用于各种领域。但随着科技的发展,期望在导电领域也能采用质量轻、具有一定使用性能的材料来代替密度较大的金属材料,所以导电高分子材料应运而生。而本征型导电高分子因为其刚性太大使其使用性能受到局限,则使得填充型导电高分子的研究备受科研工作者们的重视。 为了满足工业上制备简单、成本低的要求,采用熔融共混法将高分子材料与成本较低的导电材料——炭黑进行共混制得导电复合材料。但是炭黑因为其结构易于团聚而需要加大填充量才能满足导电需求,且过多填充因为炭黑在基体内部引起缺陷而影响材料的使用性能,特别是材料的抗冲击强度。所以需要添加一定的增韧剂以确保材料的使用性能。而如果在提高材料韧性的同时,不仅不会降低材料的导电性能而将材料导电性能进一步提升则更为期待。所以考虑利用体积排除效应在提高材料的韧性的同时又进一步提高材料的导电性能。本论文采用高密度聚乙烯(HDPE)为基体,添加纳米碳酸钙作为增韧剂。因为纳米碳酸钙为刚性粒子,炭黑无法进入刚性粒子之中而只能被迫分散在体积被占据了的HDPE基体之中。这样,即可以提高复合材料的抗冲击强度和弹性模量,也进一步提高了材料的导电性能,使得炭黑的填充量得到一定的控制甚至下降。而为了发挥纳米碳酸钙的增韧效果,采用硼铝钛偶联剂处理纳米碳酸钙以提高纳米碳酸钙与HDPE基体的相容性进而提高填料的增韧效果。 而有些基体中炭黑的渗流阈值过高,为达到一定的导电效果,炭黑填充料过高,使得材料变得更脆,如丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS基体),为了进一步提高材料的导电性能而不至于损失材料的韧性,考虑将不同维度的导电填料复配,利用协同效应进一步提高材料的导电性能。本论文采用ABS为基体,添加零维导电填料炭黑与一维导电填料不锈钢纤维进行复配进而提高材料的导电性能而不至进一步影响材料的使用性能。 本课题主要研究内容分为两个部分:第一部分为HDPE基体增韧导电复合材料的研究;第二部分是ABS基体协同导电复合材料的研究。 第一部分:HDPE基体增韧导电复合材料的研究 (1)在HDPE基体中添加不同质量分数的CB导电粒子。研究不同CB添加量对材料导电性能及力学性能的影响。结果表明:随着CB添加量的提高,材料的导电性能提高,但材料的冲击强度却随之下降。而CB浓度为9wt%左右时,为CB在HDPE基体的临界浓度(渗流阈值),在渗流阈值附近,CB的浓度的变化对材料的导电性能影响很大。 (2)在HDPE基体中添加不同质量分数的3wt%硼铝钛偶联剂处理的纳米CaCO_3研究纳米碳酸钙的增韧效果。但并不是随着纳米CaCO_3含量的提高,HDPE的抗冲击强度就更高,而是存在着最佳配比,即纳米CaCO_3增韧体系的含量占复合材料总质量的25wt%时,增韧效果最好。在固定CB浓度为9wt%,研究不同质量分数下偶联剂处理的纳米CaCO_3的复合材料的电学性能和力学性能。随着纳米CaCO_3含量的提高,因为体积排除效应,整个复合材料的导电性能随之提高。抗冲击性能呈现先上升后下降的趋势。最佳增韧剂的质量分数与两相复合材料相同,也为25wt%。而且随着纳米CaCO_3含量的提高,复合材料的模量也随之提高。在固定偶联剂处理的纳米CaCO_3为25wt%,研究不同CB浓度下复合材料的导电性能并与HDPE/CB两相复合材料导电性能相比较,因为体积排除效应,相同CB浓度下,添加纳米CaCO_3的复合材料组的导电性能和抗冲击性能较两相复合材料更为优异。为了探究在添加其他成分下,偶联剂占整个增韧体系总质量的3wt%是否仍为最佳,故固定CB浓度为25wt%,纳米CaCO_3增韧体系总质量为25wt%,研究不同偶联剂处理量对材料抗冲击性能的影响。结果表明:硼铝钛偶联剂仍为占整个增韧体系质量的3wt%时,增韧效果最好。 第二部分:ABS基协同导电复合材料的研究 (3)在ABS基体中添加不同质量分数的CB导电粒子,制备ABS/CB复合材料。结果表明:随着CB填充量的提高,ABS复合材料的导电性能上升,力学性能下降。在ABS基体中添加不同质量的不锈钢纤维(SSF),制备ABS/SSF复合材料。结果表明:随着SSF填充量的提高,ABS复合材料的导电性能上升,力学性能下降。 (4)分别固定炭黑的质量分数为15wt%和20wt%,在ABS基体中添加不同质量的SSF填料,制备ABS/CB/SSF复合材料。结果表明:在固定炭黑的前提下继续添加SSF导电填料,杂化复合材料的导电率更高,达到1.0E+01级别,不仅满足导电要求,更满足企业要求的电磁屏蔽下的导电率。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TB332

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王卫;曹先航;牛倩;秦金凤;刘思;;膨润土负载纳米NiO的制备及结构表征[J];材料导报;2010年S2期
2 侯铁翠;韩东方;郑英姿;张锐;卢红霞;;Al_2O_3/Al复合材料的制备及性能研究[J];郑州大学学报(工学版);2008年03期
3 王卫华,韶晖;聚合物基纳米复合材料[J];江苏工业学院学报(社会科学版);2000年01期
4 刘涛,郦剑,凌国平,范景莲;纳米NiAl_2O_4/Al_2O_3复合粉末的制备新工艺[J];粉末冶金技术;2005年05期
5 钱桂海,陆宏良,王文;PET/MMT纳米复合材料的制备[J];合成纤维工业;2005年04期
6 崔建霞;;纳米SiO_2增强尼龙摩擦学性能的影响因素研究[J];河南理工大学学报(自然科学版);2008年03期
7 黄明福;;聚合物/MMT纳米复合材料的结晶性能[J];材料科学与工艺;2008年04期
8 王会阳;王伟伟;李承宇;;纳米SiO_2、硅灰石复合填充PA1010复合材料的摩擦学性能研究[J];润滑与密封;2011年08期
9 侯铁翠;韩东方;郑英姿;张锐;卢红霞;;Al_2O_3/Al复合材料的制备及性能研究[J];佛山陶瓷;2008年03期
10 赵鑫;;环氧树脂/CaSO_4晶须复合材料制备及其性能研究[J];矿冶;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周敏;陈振;李来风;李敬锋;;BiSb/纳米SiC复合材料的低温热电性能研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 张景昌;江世璟;李冬霞;皮上超;彭竹琴;;塑料中纳米填料静电及力学性能的研究和应用[A];中国物理学会第十一届静电、电磁防护与电磁兼容学术年会论文集[C];2003年
3 艾德生;赵昆;戴遐明;高喆;邓长生;;氧化锆/甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备研究[A];中国颗粒学会超微颗粒专业委员会第五届年会暨海峡两岸纳米颗粒学术研讨会论文集[C];2007年
4 李亭;李平;吴杰;余希立;戴迎春;;基体预处理对石墨毡上纳米碳纤维生长量的影响[A];第2届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2005年
5 贺江平;陈星运;舒远杰;;纳米石墨片/环氧树脂高导电率复合材料的制备和性能[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
6 益小苏;王震;刘志真;杨慧丽;丁孟贤;李宏运;;高韧性树脂转移模塑聚酰亚胺复合材料技术[A];航空科学技术学科发展报告(2008-2009)[C];2009年
7 李志宏;武继民;关静;李瑞欣;黄姝杰;许媛媛;汪鹏飞;;纳米HA复合材料的共沉淀法合成及其性能研究[A];天津市生物医学工程学会2008年年会暨首届生物医学工程与临床论坛论文集[C];2008年
8 赵渠森;王京城;;高韧性双马树脂QY9511及其复合材料[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
9 崔新爱;刘沛;胡道道;;磁性水凝胶复合材料的制备及其在脱硫中的应用[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年
10 何九领;鲁金华;;复合材料失效分析[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王昕;聚合物纳米复合材料高速发展可期[N];中国化工报;2008年
2 亚兰;亚什兰在华代理TA公司PVC复合材料[N];中国化工报;2008年
3 郑英;江阴自主研发产品获JEC复合材料展创新奖[N];江阴日报;2010年
4 黄丽娟胡伟滨 记者 王方遒;亚洲最大复合材料生产基地在哈建成[N];哈尔滨日报;2007年
5 朱剑红;中国建材收购德国企业[N];人民日报;2007年
6 记者 刘棉柳;EPMC复合材料发展进入新阶段[N];广东科技报;2005年
7 记者 杨静;中国复合材料集团锁定“三高”产品[N];中国建材报;2006年
8 刘葳;聚丙烯/碳酸钙复合材料研究有新进展[N];中国化工报;2001年
9 尔基;专注指向成功[N];现代物流报;2007年
10 朱江;帝斯曼复合材料树脂集团推出两个新产品[N];中国建材报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王振华;橡胶纳米增强机理及新型增强导热复合材料的制备、结构与性能研究[D];北京化工大学;2010年
2 郑净植;聚丙烯/微、纳米二氧化硅复合材料的分散与性能[D];华中科技大学;2010年
3 康建立;铜基体上原位合成碳纳米管(纤维)及其复合材料的性能[D];天津大学;2009年
4 袁辉;碳/碳复合材料刚度与强度预测模型研究[D];南京航空航天大学;2009年
5 聂军武;CoFe_2O_4-BaTiO_3磁电复合材料的制备及性能研究[D];南京航空航天大学;2009年
6 袁磊;利用反应烧结法制备Si_3N_4复合材料及其多孔材料的研究[D];东北大学;2008年
7 许文娇;废弃环氧树脂再生技术及应用研究[D];东华大学;2011年
8 尹昌平;共注射RTM制备承载/隔热/防热一体化复合材料[D];国防科学技术大学;2009年
9 荣常如;聚芳醚/纳米碳复合材料的制备及性能研究[D];吉林大学;2010年
10 凌钦才;LLDPE/POE基光催化及微波吸收复合材料[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李凯;微/纳米颗粒增强铝基复合材料的制备及性能研究[D];郑州大学;2010年
2 林路;纳米微晶纤维素补强天然橡胶的研究[D];华南理工大学;2010年
3 张坤;聚对苯二甲酸乙二醇酯基微纳米复合材料的性能研究[D];东华大学;2011年
4 廉晓莉;POSS增强义齿基托复合材料的制备及力学性能研究[D];吉林大学;2011年
5 吴良虎;耐热、阻燃聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备与研究[D];南京理工大学;2010年
6 张雪霞;纳米TiO_2改性氰酸酯复合材料及其抗真空电子辐照研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 张小青;Fe_3O_4/MWCNTs/PVDF复合材料的制备及其介电性能研究[D];哈尔滨师范大学;2011年
8 韩海臻;纳米Fe_3O_4/NR复合材料的研究[D];海南大学;2010年
9 张兴威;纳米TiO_2-硅藻土复合材料的制备、表征及性能研究[D];河北大学;2009年
10 尚宝月;风机叶片用玄武岩纤维复合材料的改性研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026