MWCNTs與疏水結構納米級SiO2分別填充單或雙基體高分子體系的結構、導電性與流變行為.pdf

1、由于具有獨特的力學、電學性能和極高的縱橫比(高達100-1000)，碳納米管(CNTs)可與高分子復合成為粒子填充導電高分子復合材料(CPC)。增加導電填料含量可提高CPC材料電導率，但往往導致加工性和導電穩(wěn)定性劣化。疏水納米級二氧化硅(SiO2)作為一種增強填料，可明顯提高材料的力學性能、耐磨性。以多壁碳納米管(MWCNTs)和SiO2填充不相容共混物來制備CPC材料，是降低臨界導電含量(φc)、提高導電性的有效方法。
　　

2、本文以不相容聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/聚苯乙烯(PS)(50/50vol)共混物為基體，分別以MWCNTs、SiO2為導電、非導電填料，制備PS/MWCNTs(二元CPC)、PMMA/(PS/MWCNTs)(三元CPC)、(PMMA/SiO2)/(PS/MWCNTs)(四元CPC)，考察填料對CPC材料的逾滲閾值、結構、流變行為的影響；采用同步導電-流變測試，建立結構.導電.流變行為間的關聯(lián)，研究粒子逾滲網絡結構在熱、力外場作用下的

3、演化。
　　 通過TEM形貌觀察圖發(fā)現(xiàn)，MWCNTs和SiO2分別選擇性分散于PS相和PMMA相中，納米粒子可細化相區(qū)尺寸。導電性測試結果表明，MWCNTs和SiO2均導致三元和四元CPC的導電滲流區(qū)間變窄。二元CPC的黏度滲流閾值(φη)、模量滲流閾值(φG)與導電滲流閾值相近，均與體系內部網絡的形成有關。溫度升高，MWCNTs聚集加快，在較低φCNT時即形成導電網絡，二元和三元CPC的φη和φG均下降，四元CPC不呈現(xiàn)黏度滲

4、流現(xiàn)象。二元、三元和四元CPC的“Payne效應”隨φCNT增大而趨明顯，SiO2粒子促進CPC材料的“Payne效應”，這些現(xiàn)象被認為與MWCNTs網絡和SiO2簇的力學破壞相關。隨φCNT增加，三元CPC的逾滲網絡與相結構弛豫均加快，而SiO2導致四元CPC的滲流網絡和相結構弛豫變緩。
　　 如何在低φCNT下提高納米粒子填充不相容高分子共混物的導電性及其在外場激勵下的穩(wěn)定性，是今年來CPC材料研究的熱點，貫穿基體的三維粒：

5、子網絡被認為是CPC材料導電行為的主要原因。高分子分子鏈與導電粒子間相接觸產生過剩的界面自由能，導致逾滲網絡結構不穩(wěn)定，熱處理時導電粒子傾向于通過團聚減小界面能。導電網絡的形成高度依賴于加工溫度和時間，利用導電.流變同步測試技術，可同時跟蹤三元和四元CPC熱處理時電阻(R)與流變行為的變化。
　　 流變-導電同步結果表明，三元CPC的儲能模量(G’)先恒定后下降，R先降低后增加。G’、R非線性轉變隨φCNT增大和溫度升高而趨明顯

6、，臨界模量應變(γCG)下降，臨界電阻應變(γCR)增大，反映出體系中存在MWCNTs網絡的重建與破壞。
　　 熱處理過程中，大應變(γ≥50％)下，三元CPC的G’幾乎不隨時間而變化，剪切作用嚴重破壞了MWCNTs團聚結構，抵消基體相粗化效應；R先增加而后降低，表明應變對滲流網絡的破壞效應以及熱處理過程中MWCNTs和SiO2的聚集效應。SiO2粒子可減緩相粗化增加程度，提高熔體模量，但不影響室溫導電逾滲和熔體熱處理過程中t-