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抗静电聚甲醛复合材料的制备及其性能研究

张春辉  
【摘要】:聚甲醛(POM)作为一种优良的工程塑料,素有“夺钢”、“赛刚”之称。POM的硬度、刚性和强度可与金属媲美,并且在很宽的湿度和温度范围内都具有良好的自润滑性能和耐疲劳性能,以及很好的化学稳定性。但聚甲醛拥有较高的电阻率,在使用过程中很容易积聚静电电荷,应用受到严重制约。鉴于此,我们采用多种功能填料对POM进行填充改性,制备了一系列填充POM复合材料,测定了其物理和力学性能,并分析了其导电机理,以期拓展其应用范围。本论文的主要研究内容和结果如下: 1、以炭黑(普通炭黑、纳米炭黑)为导电填料对聚甲醛进行改性,研究了炭黑填充量及普通炭黑和纳米炭黑的复配比例等对聚甲醛复合材料的体积电阻率、拉伸强度、冲击强度的影响,并分析了炭黑-聚甲醛复合材料的导电机理。结果表明,随着炭黑填充量的增大,炭黑-聚甲醛复合材料的体积电阻呈非线性下降趋势,力学性能和热稳定性也随之降低。纳米炭黑降低复合材料体积电阻率的效果更为明显,且对复合材料力学性能的影响更大。将普通炭黑与纳米炭黑进行复配,在填充少量炭黑的情况下便可达到抗静电的要求,并可在一定程度上降低成本、减轻填料对复合材料力学性能的影响。 2、以导电云母粉、导电钛白粉及高分子抗静电剂为导电填料对聚甲醛进行改性,研究了导电填料种类、用量及其复配对POM复合材料的体积电阻率、拉伸强度、冲击强度的影响,并分析了POM复合材料的导电机理。结果表明:当导电云母粉及导电钛白粉的填充量达到30%时,复合材料的体积电阻率仍高达10~(14)~10~(15)Ω·cm,且力学性能和热稳定性受到严重影响;故导电云母粉及钛白粉不适用于聚甲醛树脂改性。当高分子抗静电剂的填充量达到20%时,复合材料的体积电阻率降低到10~(10)Ω·cm,且其力学性能几乎不受影响;当抗静电剂的填充量提高时,复合材料的体积电阻率基本不变。这说明高分子型抗静电剂降低聚甲醛体积电阻率的效果有限。 3、以高分子抗静电剂、金属纤维母粒、炭黑母粒及碳纤维母粒为导电填料对聚甲醛进行改性,研究了导电母粒种类、用量及其复配对POM复合材料的体积电阻率、拉伸强度、冲击强度等的影响,并分析了POM复合材料的导电机理。结果表明,单独填充一种导电母粒只能在一定程度上降低复合材料的体积电阻率,且对复合材料的力学性能影响较大。采用不同形貌填料的母粒对复合材料进行复配填充,可以在较大空间内调节复合材料的导电性;而改变母粒的基体树脂可以显著改善复合材料的力学性能。 4、以六水合氯化镍(NiCl_2·6H_2O)为镍源,水合肼为还原剂,正硅酸乙酯为修饰剂,在乙二醇体系中利用液相还原法制得单分散磁性纳米镍粉;分析了修饰后的纳米镍粉的分散性、导电性和电磁性能。结果表明,引入修饰剂可以有效地抑制颗粒间的团聚现象,缩小镍颗粒的粒径分布。随着修饰剂用量的改变,超细镍粉的介电常数和磁导率均有规律地改变;添加适量修饰剂使得镍粉的介电损耗和磁损耗均大幅度提高。总体而言,所制备的磁性纳米镍粉作为具有导电、电磁屏蔽及吸波性能的多功能填料可用于制备高端聚甲醛复合材料。


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