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功能性聚丙烯基纳米复合材料的研究

于长荣  
【摘要】:本论文通过熔融法制备功能性聚合物基复合材料。该复合材料以聚丙烯为基体,多壁碳管(MWNTs)为导电填料,球型纳米颗粒钛酸钡(BT)为介电填料。本论文希望通过MWNTs和BT间的体积排除(volume-exclusion)作用降低MWNTs含量从而减小复合材料的渗透阈值,改善其导电性能。此外,根据渗透理论,MWNTs的引入将有助于提高复合材料的介电常数,从而解决介电复合材料体系中存在的陶瓷填料颗粒添加量太大的问题,避免损坏复合材料的机械性能。由于大量无机颗粒的引入,填料的分散性成为影响复合材料性能的关键因素。因此,将采用表面改性对其进行改性,提高其分散性能。 添加3wt%以上的MWNTs将使PP基复合材料由绝缘材料变为导电材料。将40wt%的BT引入到PP/MWNTs复合材料中,由于BT与MWNTs之间的体积排除作用,PP/MWNTs复合材料的导电性能得到提高。使用钛酸酯偶联剂对MWNTs或BT进行改性后,PP/MWNTs/BT三相复合材料的电导率进一步得到提高。同时对MWNTs和BT进行改性,2wt%的MWNTs将使PP/MWNTs/BT三相复合材料变为导电材料。除此之外,MWNTs的引入有助于显着提高PP/BT两相复合材料的介电性能。然而,为控制介电损耗,MWNTs含量将控制在阈值以下。加入2wt%的MWNTs,PP/改性BT复合材料的介电常数达到28,约是纯PP的7倍,是未改性的相应复合材料的3倍。导电性能及介电性能的提高将使PP三相复合材料有更多的实际应用。无机颗粒本身也具有较好的导热性能,因此也可用于制备导热材料。本文研究了MWNTs及BT对PP基体热性能的影响。研究表明无机颗粒的引入确实可提高材料的热导率。MWNTs与BT间的体积排除作用同样有利于导热网络的形成,增加了颗粒间的接触面积。但要想获得理想性能,填料含量的添加量一般很大。改性后,相应的复合材料的热导率反而下降。可能是因为有机的改性剂不利于声子传播。


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