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《四川大学》 2007年
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炭黑/聚丙烯导电复合材料的电性能和形态研究

杨波  
【摘要】: 本论文以聚丙烯(PP)为基体,以炭黑(CB)为导电填料,利用熔融共混的方法制备聚丙烯导电复合材料。重点研究了引入第三组分乙烯-丙烯酸共聚物(EAA),尼龙6(PA6)及碳纳米管(CNTs)对CB/PP体系的电性能及结构形态的影响。详细讨论了CB粒子的分散状况、复合材料的微观结构形态、结晶行为以及环境温度的改变与复合材料电性能之间的关系,探讨了其机理。主要研究结果如下: (1)室温电性能测试结果表明:在CB/PP体系中加入第三组分EAA或PA6,复合材料的体积电阻率显著下降。当PP/EAA质量比为60/40的时候,材料的导电性能最佳。PP/PA6质量比为80/20时体系电阻率下降最明显。采用CB/CNTs(质量比19:1)复合填料填充PP得到的电性能要优于单独填充其中一种导电填料。 (2) SEM观察发现:在CB/PP体系中,CB粒子均匀分散在PP基体中,但是在较小的炭黑含量下,很多地方未形成连续分布。在CB/PP-EAA和CB/PP-PA6体系中,CB选择性地分散于EAA或PA6相中,在PP中的含量很少。在CB/PP-EAA体系中,EAA呈条状伸长结构分散在PP中,并且随着EAA含量的增加,伸长结构之间更易形成连续的导电通路。在CB/PP-PA6体系中,PA6相在PP基体中能够形成纤维状伸长结构,并且纤维之间大部分能形成相互搭接的连续结构。 (3)阻-温关系测试表明:CB/PP复合材料的PTC强度达6个数量级,并且NTC效应也非常明显。复合材料的PTC行为与材料的结晶熔融过程密切相关。在升温过程中,CB/PP-EAA体系没有产生明显的电阻率突跃,复合材料出现最大电阻率的峰是由EAA产生的。CB/PP-PA6体系没有产生PTC效应,体系在较宽的温度范围内具有非常稳定的电阻率值,并具有较好的热循环稳定性。这进一步说明了CB是选择性分散在EAA或PA6相中的。 (4) DSC结果表明:由于CB粒子的异相成核效应,填充一定量CB使EAA、PP的结晶温度均向高温方向移动12℃左右。CB/PP-EAA体系中PP的结晶温度相对CB/PP体系降低了7℃左右,EAA的结晶度下降。说明在双基体体系中,CB对PP结晶的成核作用减小,对EAA的结晶起一定的阻碍作用,因此可以推测CB主要分散在EAA相里,在PP中含量较少。 (5)动态流变测试表明:在CB/PP体系中,随着CB含量的增加,G′对ω的依赖性逐渐降低,当炭黑体积含量φ>0.05时,出现了“第二平台”,表明CB粒子与PP基体之间相互作用,形成了网络结构。当φ=0.025时,在低频区,随着CB/PP-EAA体系中EAA含量的增加,复合体系的G′增加,而CB填充PP/EAA(60/40)体系的G′值高于CB填充PP/EAA(50/50)体系。复合材料的流变行为与材料的电性能及SEM形貌结果密切相关。随着EAA含量增加,CB/PP-EAA体系的粘度降低。
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB332

【引证文献】
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