炭黑填充尼龙6导电复合材料的制备及性能研究

【摘要】：随着信息技术和电子工业的快速发展，导电高分子复合材料应运而生并得到市场的亲睐。这是一类将导电填料和聚合物基体以一定方式复合而成的新型功能高分子材料，具有质轻、易加工、抗腐蚀、耐磨损、电阻率可调等优点，已被广泛应用于汽车、电子、家电等领域。为了达到应用所需的导电性能，通常需要填充较高含量的填料，而导电填料一般为无机材料或金属，它的加入会大大降低复合材料的韧性，不能兼顾材料的电学性能和使用性能。因此，降低导电填料的填充量和提高复合材料的韧性成为导电高分子复合材料的主要发展方向。本论文也围绕这两个核心问题，进行了以下研究工作： 1.以尼龙6（PA6）为高分子基体，以炭黑（CB）和不锈钢纤维（SSFs）为导电填料，通过熔融共混法制备了两种单一填料填充的两相复合材料，并研究了它们的电学和力学性能。结果发现：CB和SSFs填充的尼龙6复合材料逾渗阈值分别为15～20wt%，2～4wt%。制备导电复合材料需要的炭黑填充量较大（15wt%），使得复合材料变脆。相比之下，用SSFs制备尼龙6复合材料时对聚合物基体的机械性能影响轻微。 2.制备CB和SSFs两种复合填料填充的PA6/SSFs/CB三相复合材料，研究了复合材料的电学和力学性能，并分两种情况对复合填料的复配效果加以分析： （1）固定炭黑为15wt%（低于PA6/CB两相复合材料的逾渗阈值）与不同含量的不锈钢纤维复配时，少量的SSFs（~2wt%）就能大幅度提高三相复合材料的电导率，并改善PA6/CB复合材料的脆性。 （2）固定SSFs为4wt%（高于PA6/SSFs两相复合材料的逾渗阈值）与不同含量的炭黑复配时，对导电的协同效果不如前一种方法明显。 3.加入弹性体POE-g-MA增韧PA6/CB两相复合材料，发现弹性体POE-g-MA的加入不但大幅度提高了PA6/CB两相复合材料的韧性，也提高了其导电性能，具有明显的体积排除效果。由于炭黑选择性分散在PA6中，加入30wt%POE-g-MA的三相复合材料导电逾渗阈值降低为10～15wt%，其电导率比PA6/CB两相复合材料最大提高6个数量级，且在炭黑填充量高达25wt%时仍能保持超高韧性。