導(dǎo)電-抗靜電聚合物納米復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、本論文利用低熔點(diǎn)金屬(Low Melting Point Metal，LMPM)、碳納米管等導(dǎo)電填料制備得到導(dǎo)電/抗靜電聚合物復(fù)合材料及纖維。通過四種不同的物理或化學(xué)的方法改性控制導(dǎo)電填料在聚合物中的形貌，研究聚合物納米復(fù)合材料微觀形貌與性能之間的關(guān)系。主要工作如下:
　　 1、提出了導(dǎo)電/抗靜電聚合物復(fù)合纖維制備的新方法和新原理。采用電導(dǎo)率高、易加工的LMPM作為導(dǎo)電填料，通過熔融混合以及固相拉伸等方法，制備聚丙烯/LMPM和

2、聚丙烯/納米顆粒/LMPM導(dǎo)電/抗靜電復(fù)合纖維。
　　 在合適的溫度區(qū)間內(nèi)，通過聚合物纖維固相拉伸，金屬顆粒在聚合物纖維內(nèi)部原位發(fā)生微纖化形變。通過微觀結(jié)構(gòu)的表征發(fā)現(xiàn)，隨著拉伸倍率的提高，金屬纖維直徑減小、長徑比增加，相鄰金屬纖維間距不斷減小，并且金屬纖維沿著纖維拉伸方向平行分布。聚合物/LMPM復(fù)合纖維具有其電阻率隨著拉伸倍率的提高而降低的性質(zhì)。與未含有LMPM纖維的復(fù)合纖維比較，含有超細(xì)金屬纖維的復(fù)合纖維的強(qiáng)度和斷裂伸長率都

3、有所提高。而傳統(tǒng)導(dǎo)電/抗靜電聚合物纖維由于拉伸過程中導(dǎo)電填料間距增大，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)受到破壞，導(dǎo)致纖維中導(dǎo)電填料含量高，聚合物纖維斷裂伸長率極低，并且不能通過拉伸取向提高纖維強(qiáng)度。
　　 通過在復(fù)合纖維中添加碳納米管和納米蒙脫土顯著降低了金屬顆粒粒徑。制備了含有粒徑更細(xì)、分布更均勻的超細(xì)金屬纖維的聚合物/納米顆粒/金屬復(fù)合纖維，并且該纖維獲得了更加優(yōu)異的電性能和力學(xué)性能。
　　 2、提出了納米粒子阻礙金屬液滴凝并理論，制備了含

4、有超細(xì)金屬顆粒的超低逾滲值導(dǎo)電復(fù)合材料。利用超細(xì)粉末橡膠和碳納米管，將平均粒徑為30μm的金屬顆粒原位轉(zhuǎn)化為平均粒徑為0.93μm的超細(xì)金屬顆粒。由于碳納米管與金屬顆粒之間較低的接觸電阻以及協(xié)同導(dǎo)電效應(yīng)，顯著的降低了復(fù)合材料的導(dǎo)電逾滲值。與普通導(dǎo)電復(fù)合材料相比，含有超細(xì)金屬顆粒的導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電逾滲值僅為0.25 vol％。并且當(dāng)碳管和金屬含量僅為1 vol％和1.96 vol％時(shí)，復(fù)合材料的體積電阻率降為89Ω·cm。通過進(jìn)一步研究

5、材料拉伸形變-電性能發(fā)現(xiàn)，在大拉伸形變時(shí)，含有超細(xì)金屬顆粒的復(fù)合材料具有優(yōu)良的電學(xué)穩(wěn)定性能。
　　 3、本章利用傳統(tǒng)的熔融加工方法，通過控制碳納米管在二元全硫化熱塑性彈性體中選擇性分布，制備出具有三種不同微觀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電全硫化熱塑性彈性體，即碳納米管分布于兩相界面處的全硫化熱塑性彈性體、碳納米管分布于基體中的全硫化熱塑性彈性體和碳納米管分布于分散相中的全硫化熱塑性彈性體。通過比較三種導(dǎo)電全硫化熱塑性彈性體的性能發(fā)現(xiàn)，在保持優(yōu)良的回

6、彈性條件下，碳納米管分布于兩相界面處的全硫化熱塑性彈性體具有最低的逾滲值和最為優(yōu)異的電性能。通過微觀結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析，推論出二元全硫化熱塑性彈性體的理想導(dǎo)電模型:導(dǎo)電粒子優(yōu)先包裹橡膠相形成導(dǎo)電殼層;隨著導(dǎo)電粒子含量的增加，導(dǎo)電粒子逐漸分散于基體中，起到連接各個(gè)導(dǎo)電殼層的作用;當(dāng)導(dǎo)電粒子的含量進(jìn)一步增加，整個(gè)體系中開始形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
　　 4、為了增強(qiáng)聚合物材料，采用改性碳納米管填充聚乙烯醇并制備聚乙烯醇/聚乙烯醇接枝碳納米管復(fù)合材