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《武汉理工大学》 2012年
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炭黑填充不饱和聚酯树脂导电复合材料的制备及性能研究

王华清  
【摘要】:自20世纪70年代以来,填充型导电复合材料作为新型功能材料发展迅速,其可在较大范围内调节电性能、力学性能,且成本低,易成型,因而广泛应用于电子、能源、化工等领域。由于填料在基体中的微观分散状态对填充型导电复合材料的宏观性能具有重要影响,因此填料在基体中的微观分散状态与其制备材料的宏观性能之间的内在关联成为目前研究的热点之一 本论文以不饱和聚酯树脂为基体,以乙炔炭黑为导电填料,以玻璃纤维为增强材料,制备了一系列的导电复合材料。研究了不同炭黑含量、搅拌速度、搅拌时间下材料固化前体系的粘度变化,固化后材料的电性能、力学性能及炭黑在树脂中的微观形态,同时采用偶联剂对炭黑进行处理,分析上述因素对材料性能的影响,对比偶联剂处理前后材料性能的变化。 采用硅烷偶联剂KH570对炭黑进行处理,测定炭黑对苯乙烯的吸液量,实验结果发现偶联剂处理后炭黑对苯乙烯的吸液量从3.640cm3/g降到1.854cm3/g,吸液量减少约一半。通过旋转粘度计测定炭黑填充在不饱和聚酯树脂中的粘度,实验发现炭黑含量对体系粘度影响较大,含量越高,粘度越大,偶联剂处理后体系粘度及其变化均小于处理前,同时研究搅拌速度、搅拌时间对炭黑分散在树脂中粘度变化的影响,结果表明搅拌速度为2500r/rmin时,体系放置24h后粘度增加量最小为19500mPa·s,搅拌时间为20rmin时,体系放置24h后粘度增加量最小为13200mPa·s,此时炭黑在树脂中分散的最均匀稳定。 在上述研究的基础上,通过SEM观察材料的微观结构形态,并测定材料电性能、力学性能,研究炭黑微观分散形态与材料宏观性能之间的内在关联。结果如下:(1)通过测定不同炭黑含量下材料的体积电阻率,结果发现材料在炭黑含量为5%时产生渗滤现象,体积电阻率为1.07×105Ω·cm,采用硅烷偶联剂对炭黑进行处理后,材料并未出现明显的渗滤现象,但炭黑含量为6%时体积电阻率比处理前降低一个数量级。(2)同时研究搅拌速度、搅拌时间对材料电性能的影响,实验结果发现材料在2000r/min时电阻率最低为4.27×104Ω·cm,采用偶联剂对炭黑进行处理后,材料在1500r/rmin时电阻率最低为1.07×106Ω·cm,相比前者能够在较低的搅拌强度下获得最佳电性能;材料在20min时的体积电阻率最低为1.07×105Ω·cm,采用偶联剂对炭黑进行处理后,材料的体积电阻率最低为2.0×106Ω·cm,随着搅拌时间的延长其电阻率均不再出现大幅降低。(3)在炭黑含量为1%-6%的范围内,材料弯曲强度逐渐增大,增幅逐渐放缓。(4)SEM的表征结果表明:偶联剂能够改善炭黑在树脂中的分散状态及其稳定性,增强炭黑/树脂混合体系对玻璃纤维的浸润性。 初步制备炭黑/碳纤维/玻璃纤维/不饱和聚酯树脂导电复合材料,研究发现随着碳纤维含量的增加,材料弯曲强度和导电性能均出现增大,说明碳纤维能够改善材料的力学性能和电性能。通过SEM可以观察到碳纤维散乱的分布在树脂中,有助于导电通路的形成。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB332

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