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《四川大学》 2002年
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成型加工对炭黑-高密度聚乙烯复合导电材料结构与性能的影响

王勇  
【摘要】: 本文基于高分子材料易于工业化的成型加工设备、工艺流程以及原材料的 使用范围,选用炭黑-高密度聚乙烯(CB-HDPE)复合体系,首次从成型加工的角 度系统地、深入地探索了工艺流程对复合材料电性能、力学性能、加工性能等 的影响。借助X射线光电子能谱(ESCA)、反相气相色谱(IGC)、X射线衍射 分析、DSC分析和扫描电镜(SEM)等测试手段和计算机图像处理技术,分析 了材料微观结构与宏观性能间的关系,取得了如下结果。 一.通过四种有代表性的处理剂对炭黑进行预处理,并较为详细地研究了 处理后炭黑填充的HDPE复合材料的电性能,力学性能和流变性能。发现四种处 理剂对复合材料这三种主要性能指标皆有一定的改善,但也表现出各自的个性 差异。在导电性能上表现更为明显,如钛酸酯偶联剂和的硬脂酸在炭黑含量为 15%时,可使材料的电阻率降低1~2个数量级。为此笔者分析了上述结果的原 因并提出了自己的观点。 二.系统地研究了聚合物成型加工中,炭黑填充HDPE复合材料必经的两 种混合过程对其性能影响。发现对导电性而言,增强混合是无益的。对于冲击 强度和流动性能,固相混合作用不明显,熔混却能明显改善性能。为此笔者认 为固相混合使HDPE晶粒尺寸变小,结晶度增大,使得异相成核的晶粒增多, 参与导电的炭黑粒子数量减少:熔混却使炭黑粒子表面被覆一层绝缘膜:这都 将导致材料的导电性明显变差,同时两种混合还会造成炭黑结构的破坏,皆使 得材料的导电性明显变差。但处理剂的存在可以大大削弱此作用。 三.通过对交联炭黑填充HDPE复合导电材料电性能的研究,认为交联的作 用是遏制了熔融态材料分子的活动性,提高了材料的使用温度,增强和稳定了 PTC强度。但交联的引入,影响了材料的再结晶能力,使室温下电阻率在热处 理后增大:削弱了材料耐热老化能力:降低了材料的热分解温度。 四.笔者首次引入时温等效原理和松弛理论,在恒温条件下研究了材料电 阻率与时间的关系,在此实验结果的基础上对H-PTC/NTC的形成过程及机理提 出了新的观点,使之更能全面合理地解释实验中的各种现象。 五.在热处理的温度上,突破了传统方法将温度限制在HDPE熔点之下的 成型加l:对炭黑一高密度聚乙烯复合导电材料结构与性能的影响 局限,使未交联材料热处理温度超过熔点。通过对炭黑填充HDPE复合导电材 料退火前后性能的研究,发现高温退火可以明显改善未交联复合材料的导电性, 消除成型加工对复合材料导电性的不利影响,提高成型加工中材料电阻率的重 复性和稳定性以及产品的成品率。对此现象笔者给出了合理的解释,并对复合 材料现有的生产工艺条件提出了最优方案(此方案己申请专利人 本研究的结果,无疑在炭黑填充型聚合物复合导电材料的研究中,为降低 炭黑含量,提高材料的使用和加工性能,开辟了一条有效的、经济的、可行的 崭新途径。
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TB332

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