環(huán)氧樹脂-碳系復(fù)合材料的制備及導(dǎo)電性能的研究.pdf

1、碳系導(dǎo)電填料質(zhì)輕、導(dǎo)電性好，因此被廣泛應(yīng)用于高分子導(dǎo)電復(fù)合材料。為了保持高分子材料本身優(yōu)良的性能(柔韌性、延伸性及加工性)，如何盡量降低導(dǎo)電填料的用量是高分子/碳系填料導(dǎo)電復(fù)合材料研究的一個核心問題。本文以不同微觀幾何結(jié)構(gòu)的納米碳材料，零維的碳黑(CB)、一維的碳納米管(CNTs)、二維的納米石墨片(GNPs)為導(dǎo)電填料，采用溶液共混法制備了環(huán)氧樹脂/碳復(fù)合材料。采用X射線衍射、掃描電子顯微鏡對填料和復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，采用綜

2、合熱分析儀對復(fù)合材料的熱學(xué)性能進(jìn)行了分析，用兩探針法測量復(fù)合材料的體積電阻率和溫敏性。詳細(xì)地研究了納米碳材料的微觀幾何結(jié)構(gòu)，以及不同幾何結(jié)構(gòu)的填料間的配比對復(fù)合材料導(dǎo)電性能的影響，并對不同幾何結(jié)構(gòu)填料間的協(xié)同效應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　 通過膨脹石墨超聲法制備GNPs(厚度為30～80nm，長度約為5～20μm)，采用溶液共混法制備了環(huán)氧樹脂/GNPs復(fù)合材料。由于徑厚比很大的GNPs在基體中的分散性很好，復(fù)合材料的滲濾閥值相對

3、較低(約1wt.％)。通過研究填料的形態(tài)及導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的微觀結(jié)構(gòu)對復(fù)合材料的溫敏性影響，發(fā)現(xiàn)在滲濾閥值附近，復(fù)合材料具有很強(qiáng)的PTC(Positive temperature coefficient，即正溫度系數(shù)效應(yīng))和NTC效應(yīng)(Negative temperature coefficient,即負(fù)溫度系數(shù)效應(yīng))，而高于滲濾閥值時，則沒有明顯的PTC和NTC效應(yīng)。
　　 將少量的CB添加到環(huán)氧樹脂/GNPs復(fù)合材料中，CB一方面可

4、以插入石墨片間抑制GNPs的團(tuán)聚，提高它的分散性，另一方面可以在GNPs間提供導(dǎo)電通路，所以二者的協(xié)同作用可以極大改善復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，降低其滲濾閥值。環(huán)氧樹脂/GNPs0.9CB0.1(填料中GNPs與CB的質(zhì)量比為9∶1)復(fù)合材料的滲濾閥值約為0.7wt.％，明顯低于環(huán)氧樹脂/GNPs復(fù)合材料(約為1wt.％)。
　　 三種不同幾何結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電碳填料，CB、CNTs、GNPs按一定的配比混合分散于基體中，其三者之間的協(xié)同效應(yīng)