炭黑对苯乙烯-丙烯腈共聚物/聚己内酯复合材料流变、力学及电学性能的影响

以苯乙烯-丙烯腈共聚物/聚己内酯(SAN/PCL)复合材料为基体,导电炭黑(CB)为填料,采用熔融共混的方法制备了SAN/PCL/CB纳米复合材料。考察了CB含量对SAN/PCL/CB纳米复合材料流变特性、力学性能、电学性能和微观形貌的影响。结果表明,CB的加入能够诱导体系发生相分离,随着CB含量的增加,SAN/PCL/CB纳米复合材料的储能模量曲线在低频区呈现明显的“第二平台”,表现出明显的凝胶化现象,凝胶点为6.5%。在凝胶点前后,SAN/PCL/CB纳米复合材料的力学和电学性能发生明显变化,表明力学和电学性能均与流变特性具有一定相关性。形态分析表明,CB的加入可有效降低分散相的尺寸,CB的团聚是产生流变逾渗的根本原因。     

炭黑/碳纳米管填充硅橡胶的制备及压阻性能研究

采用静电组装技术,制备"葡萄串"结构的炭黑(CB)/多壁碳纳米管(MWCNT)(CB/MWCNT)纳米复合材料,并以其作为导电填料,经混炼、压延和硫化后,制备柔性导电硅橡胶(SR)复合材料。分别以透射电子显微镜,扫描电子显微镜和压力-电阻测试研究不同配合比和掺量的CB和MWCNT的组装效果、分散状态和压阻特性。结果表明,CB和MWCNT的体积配合比为3∶2条件下,静电组装效果最好,静电组装形成的"葡萄串"结构,可以提高CB/MWCNT/SR的导电性和压阻特性,CB/MWCNT/SR的渗流阈值为22%,施加25N压力条件下,电阻率下降约30%,CB/MWCNT/SR表现出良好的压阻特性。     

聚合物基导电复合材料的粘弹性电阻响应

用自制的微机控制同步测量装置考察了聚合物基导电复合材料电阻的长时响应及动态粘弹响应。研究结果表明,导电复合材料的电阻蠕变和电阻松弛的根源在于大分子的力学松弛,其方向与蠕变及松弛实验开始前的压阻方向有关。对电阻正温度系数(PTC)行为的分析显示,模量的改变可能是PTC行为发生的内在机制;而动态剪切对导电粒子运动的协助作用及高聚物基体模量降低导致的CB接触几率增加均可能是动态条件PTC行为改变的原因。     

低密度聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯/炭黑导电发泡材料的压阻特性

研究了低密度聚乙烯(LDPE)/乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)/炭黑(CB)导电发泡材料在压力作用下的导电行为。结果表明,LDPE/EVA/CB导电泡沫材料的渗滤阈值为21.6%。炭黑质量分数在20%~23%范围内,材料的导电性能与泡孔结构最佳。在压缩实验中,材料表现电阻负压力系数效应(NPCR)与电阻正压力系数效应(PPCR)。在定应变循环压缩实验中,压缩频率f=0.01 Hz比f=0.25 Hz的电阻变化更稳定,说明高频压缩易对导电网络造成破坏。每周期的电阻曲线均呈"w"型,说明NPCR向PPCR转变的行为可逆,该变化被认为与基体的压缩与泡孔壁的拉伸变形有关,由此提出导电泡沫材料压-阻特性模型。     

具有超高介电常数的海绵/炭黑-硼酸盐/硅橡胶复合材料

通过浸渍法制备了密胺海绵(MS)/导电炭黑-硼酸盐(CB@B)复合物,并进一步真空灌注硅橡胶(SR)后制备了MS/CB@B/SR复合材料。使用XRD、SEM对复合材料的物相、微观结构进行表征并测试了其导电与介电性能、压敏特性和吸波性能。研究发现,CB@B复合物利用MS模板在复合材料内部构建了三维逾渗网络,其导电逾渗阈值为1.48%(体积分数),CB与B对提高复合材料性能具有显著的协同作用。随着CB浓度提高,复合材料的导电性和介电常数逐步提高,当CB浓度为14 mg/mL时,复合材料的体积电阻率最低可达到6.7×10~4Ω·cm,介电常数在1 kHz时高达1.67×10~4,当样品厚度为3 mm时,在30.97 GHz处出现最低反射率(RL=-33.17 dB),吸波带宽(RL-10 dB)为5.38 GHz。当CB浓度为10 mg/mL时,复合材料的电阻和介电常数还表现出较高的压缩应变灵敏度。     

炭黑/热塑性硫化胶复合材料导电的奇异性

系统地研究了炭黑(CB)/热塑性硫化胶(TPV)(三乙丙橡胶/聚丙烯类型)复合材料的导电性能,发现CB/TPV复合材料具有独特的电学性能。交联的橡胶相的存在对导电炭黑粒子既产生排斥效应,又产生阻隔效应。前者对导电网络的形成有利,而后者正相反。在低橡胶相含量时,随橡胶相含量增加,复合材料电阻呈下降趋势;而高橡胶含量时,随橡胶相含量增加,复合材料的电阻升高。高橡胶含量时,复合材料电阻的逾渗效应明显减弱。复合材料在熔融状态下热处理时,其电阻-时间效应明显依赖于模具压力。同样热处理时间下,压力越高,电阻越大。压力达到一定值后,体系的电阻基本不受热处理时间的影响。初步认为这是由于热处理完毕释压后,变形的弹性粒子发生形变恢复从而对热处理形成的聚集网络有一定的破坏作用所致。自由升温实验表明:CB/TPV复合材料具有NTC现象,即使在结晶熔化区也未展示PTC行为,这与橡胶粒子的热膨胀排斥效应有关。在熔融态停留阶段电阻的稳定性很好,这主要归因于熔融态下炭黑粒子聚集(对电导有利)和橡胶相粒子聚集(对电阻有利)相互竞争的结果。      

多壁碳纳米管/天然橡胶复合材料压阻传感特性实验分析及理论预测

为实现对隔震支座工作性能的有效监测,采用开炼法制备了多壁碳纳米管(MWCNT)/天然橡胶(NR)复合材料,研究了该复合材料在恒应变和间歇加载下的电阻-应变响应行为。结果表明：MWCNT/NR复合材料电阻-应变响应稳定性、重复性、单调性、对称性及“肩峰”效应依赖恒应变载荷;随着间歇时间的增加电阻变化幅值趋于稳定,所建立的理论模型能有效预测该幅值变化。不同脱层形式下MWCNT/NR复合材料表现出不同的压阻行为,采用Digimat和Workbench解释了其响应机制。基于MWCNT导电网络和橡胶材料黏弹性,一个能够完整表征和预测循环电阻-应变响应的数学模型被提出和验证,模型拟合结果与实验结果高度吻合,为实现MWCNT/NR复合材料的工业应用奠定理论基础。     

纳米银-聚合物薄膜的制备及力电性能测试

聚合物基底上纳米银颗粒薄膜的制备工艺相对简单,成本较低,且该薄膜具有成为高敏感性压阻应力/应变传感材料的潜力。本文采用银镜制备法在聚酰亚胺(PI)和聚乙烯(PE)上合成了纳米银颗粒薄膜,系统研究了该薄膜制备工艺、结构特性、材料性能之间的关系。实验考察了材料“浸泡”时间及聚合物材料前处理等因素对材料表面吸附纳米颗粒含量的影响,研究了 “浸泡”时间对纳米银颗粒粒径大小、颗粒含量及分布的影响,并探讨了不同聚合物基体的颗粒特性对薄膜二维导电渗滤,压阻特性及拉伸性能的影响。研究表明,增加“浸泡”时间能够增加纳米银颗粒粒径大小,提高银颗粒的含量及分布均匀性；在相同的制备条件下,PI基底较PE基底对纳米银颗粒具有更加优异的吸附效果；在PI 和PE基底上的纳米银颗粒薄膜均表现出显著的压阻性能,且电阻对应变的敏感性随应变的增大及银颗粒含量的减少而显著提高。     

低密度聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯/炭黑导电发泡材料的压阻特性EI北大核心CSCD

研究了低密度聚乙烯(LDPE)/乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)/炭黑(CB)导电发泡材料在压力作用下的导电行为。结果表明,LDPE/EVA/CB导电泡沫材料的渗滤阈值为21.6%。炭黑质量分数在20%~23%范围内,材料的导电性能与泡孔结构最佳。在压缩实验中,材料表现电阻负压力系数效应(NPCR)与电阻正压力系数效应(PPCR)。在定应变循环压缩实验中,压缩频率f=0.01 Hz比f=0.25 Hz的电阻变化更稳定,说明高频压缩易对导电网络造成破坏。每周期的电阻曲线均呈'w'型,说明NPCR向PPCR转变的行为可逆,该变化被认为与基体的压缩与泡孔壁的拉伸变形有关,由此提出导电泡沫材料压-阻特性模型。     

原位聚合法制备炭黑/聚甲基丙烯酸酯导电复合材料

通过原位聚合法制备了炭黑/聚甲基丙烯酸甲酯(CB/PMMA)、炭黑/聚甲基丙烯酸丁酯(CB/PB-MA)和炭黑/聚甲基丙烯酸2-乙基己酯(CB/PEHMA)三种导电复合材料,研究了这三种聚合物基体对复合材料的导电性影响。结果表明:由于炭黑的阻聚作用,当复合材料的炭黑含量增加时,均聚物的数均分子量呈下降趋势,多分散性系数PDI变大。而且炭黑粒子表面发生了接枝聚合反应,这有利于炭黑粒子在聚合物基体中的分散。当聚合物基体的玻璃化温度Tg较高时,复合材料逾渗阈值较低。     

PAN-based carbon fibers/PMMA composites: thermal, dielectric, and DC electrical properties

The study deals with thermal, dielectric, and DC electrical properties of polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers/poly(methyl methacrylate) composites. The polymer composites contain 0, 5, 10, 20 and 30 wt.% PAN-based carbon fibers. The thermal conductivity was studied as a function of filler content and temperature. It was found that the thermal conductivity is enhanced by addition of carbon fibers concentration and temperature. The dielectric properties were determined using impedance measurements. The results showed that the dielectric constant and dielectric loss are decreased with frequency, and increased with both temperature and fibers content. The DC electrical conductivity, temperature coefficient of resistance, and activation energy were studied as a function of fibers concentration in the temperature ranges 30–110?°C. It was found that the composites exhibit negative temperature coefficient of resistivity and enhancement of electrical conductivity with increasing temperature and carbon fibers concentration. The observed increase in the DC conductivity was explained according to the approach of conductive paths and connections between the carbon fibers.     

Coupled electro-mechanical properties of multiwall carbon nanotube/polypropylene composites for strain sensing applications

The electrical, mechanical, and coupled electro-mechanical (piezoresistive) properties of multiwall carbon nanotube/polypropylene (MWCNT/PP) composites at four MWCNT concentrations above electrical percolation (4–10 wt %) were investigated. The electrical conductivity of the composite increased monotonically from 0.77 to 15.0 S/m with the increase of MWCNT concentration. The elastic modulus also increased monotonically with increased MWCNT concentration with the concomitant reduction of ultimate strain. The coupled signal between electrical resistance and applied strain during tensile loading displayed a marked change toward higher sensitivity at the elastic-to-plastic transition zone of the polymer composite, which allowed the identification of polymer yielding by the sole monitoring of electrical resistance. Large ratios (of the order of 15–29) of normalized changes in electrical resistance over applied strain (“gage factor”) were found in the plastic zone, and such electro-mechanical sensitivity was higher for composites with lower MWCNT content.     

碳纳米管/丁苯橡胶复合材料的电学性能

采用喷雾干燥法可制备不同配比的碳纳米管（Carbon nanotubes,CNTs）/粉末丁苯橡胶复合材料,观察CNTs在橡胶基体中的分散情况,检测复合材料的导电性能及介电性能,并进行了简要的理论分析。结果表明:CNTs在橡胶基体中获得了充分均匀的分散,有利于CNTs改性补强作用的发挥。与纯胶样品及填充炭黑（Carbon black,CB）样品相比, 填充CNTs样品在8~18GHz下具有较高的介电常数及低介电损耗。随着CNTs加入量的增加,CNTs/粉末丁苯橡胶复合材料的电导率逐渐升高,当CNTs加入量为60phr（per hundred rubber）时,与纯胶样品及添加60phr CB样品相比,电导率提高近10个数量级;复合材料内部导电同时存在隧道导电机制和渗逾导电机制。采用喷雾干燥法制备的CNTs/粉末丁苯橡胶复合材料,将是一种综合性能良好的新型纳米复合材料,有望在抗静电橡胶、电磁屏蔽及介电材料等领域获得应用。      

超导YBa2Cu3O7 +δ/硅橡胶复合材料的压敏与介电特性

采用YBa₂Cu₃O_{7 +δ}(简称YBCO)多晶陶瓷超导粉末与硅橡胶(110型)按不同质量比进行配料,经过特殊的制备工艺,合成不同含量的超导 YBCO/硅橡胶高分子复合材料,分别测量样品的压敏效应和介电特性。结果表明,在不同应力作用下,样品电阻值的变化范围在1～4个数量级。样品电阻值随测量温度的降低(300~50K)呈下降趋势,测量温度降到90K时,样品电阻值发生突变,但在9050K没有观察到超导零电阻现象。室温下,样品的介电常数随频率的增加(1 kHz~5 MHz)而减小,介电损耗随测量频率的增大先增大后减小。随着YBCO含量的增加,形成的超电容网络微观结构也就越多,样品的电阻逐渐减小电流加大,导致超电容中电解质的极化强度有所增加,两者共同作用的结果导致样品的介电常数、介电损耗均随着YBCO含量的增加而增大。     

多元碳纳米材料协同改性玻璃微珠/环氧树脂复合材料

采用静电自组装法制备了还原氧化石墨烯表面修饰中空玻璃微珠（rGO@HGB）,与导电炭黑（CB）、石墨烯纳米片（GNPs）一起与环氧树脂（EP）共混,制备了CB-GNPs-rGO@HGB/EP复合材料,并系统研究了复合材料的微观结构、导电性能和介电性能。结果表明,rGO@HGB的加入能够显著提高rGO@HGB/EP复合材料的导电性能和介电常数,进一步引入CB和GNPs后,形成了被rGO@HGB隔离的导电逾渗网络,rGO、CB和GNPs三者对提高CB-GNPs-rGO@HGB/EP复合材料性能具有协同作用。在CB与GNPs的总含量固定为0.2vol%,且二者的体积比为10:1时,CB-GNPs-rGO@HGB/EP复合材料的导电与介电性能最优,对应的体积电阻率为1.88×104 Ωcm,在1 kHz下的介电常数高达454.5,分别比CB-rGO@HGB/EP和GNPs-rGO@HGB/EP复合材料提高了11.3%和10.7%,而其介电损耗仅为0.065。      

Self-sensing piezoresistive cement composite loaded with carbon black particles

Strain sensors can be embedded in civil engineering infrastructures to perform real-time service life monitoring. Here, the sensing capability of piezoresistive cement-based composites loaded with carbon black (CB) particles is investigated. Several composite mixtures, with a CB filler loading up to 10% of binder mass, were mechanically tested under cyclic uniaxial compression, registering variations in electrical resistance as a function of deformation. The results show a reversible piezoresistive behaviour and a quasi-linear relation between the fractional change in resistivity and the compressive strain, in particular for those compositions with higher amount of CB. Gage factors of 30 and 24 were found for compositions containing 7 and 10% of binder mass, respectively. These findings suggest that the CB-cement composites may be a promising active material to monitor compressive strain in civil infrastructures such as concrete bridges and roadways.     

ABS/石墨复合材料的交直流导电特性及流变性能

研究了石墨填充丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)复合材料的直流(DC)和交流(AC)导电特性和线性粘弹行为。电性能测试结果表明,石墨体积分数为13.21%~16.36%时,ABS/石墨复合材料的DC电阻率突降6个数量级,说明发生电学逾渗;同时,AC电阻率在低频区不随频率而变化,且AC阻抗复平面图中阻抗实部与阻抗虚部呈现半圆弧,进一步证明导电网络的形成。流变性能测试结果表明石墨体积分数为10.24%~13.21%时复合体系的储能模量和复数黏度出现跳跃,损耗因子(tanδ)的峰值减小且逐渐向高频移动,说明复合体系从"类液态"转变为"类固态",发生流变逾渗现象。流变逾渗阈值小于导电逾渗阈值是因为传递电子时石墨之间的距离比阻碍聚合物分子链运动时石墨之间的距离小。     

磁场对Ni/硅橡胶复合材料交流电导率及介电性质的影响

采用硅橡胶（110型）与金属（镍粉）按质量比为1∶2.7进行配料, 应用室温二次固化合成Ni/硅橡胶压敏复合材料样品。室温下测量了样品的压阻效应, 比较了外加0.024 T磁场前后样品的介电性质。结果表明, 当压强从3.75kPa到312.5kPa时, 样品直流电阻率下降了8个数量级。与加磁场前相比, 0.024T的磁场使得低频(40~104Hz)交流电导率提高了2.46倍, 介电常数提高了20%, 介电损耗提高了2倍, 这主要是由复合材料中铁磁绝缘体铁磁颗粒膜的隧道磁电阻效应以及磁电耦合引起的。撤去磁场后交流电导率、介电常数和介电损耗均不能回到加磁场前的初始值, 这与Ni粉的铁磁性有关。Ni/硅橡胶压敏复合材料的压阻、 磁电阻效应及磁电耦合等物理性质在磁传感器件、 信息储存等领域有潜在的应用价值。      

PVDF/PZT/CB高分子复合材料的介电耗能机制

应用压电导电原理,研制了一种新型减振复合材料,通过对PVDF／PZT／CB复合体系的导电性能和动态介电性能的测试分析,探讨了该复合材料的介电耗能微观机制,认为该复合材料可通过界面极化和漏电电流两种介电耗能机制来达到减振目的。     

ZrB2/C复合材料的性能及微观结构研究

采用热压工艺制备了ZrB2／C复合材料，考察了ZrB2掺杂量对材料抗弯强度、热导率、电阻率的影响以及微观结构的变化．结果表明：随ZrB2含量增加，材料抗弯强度和热导率不断升高，在掺杂量为10％时，抗弯强度达到最大值131MPa，热导率达到161W／m．K的最大值，此后，抗弯强度和热导率随掺杂量增加而降低．然而，材料的电阻率随ZrB。含量的增加不断下降．微观结构分析表明，随着ZrB2掺杂量增加，材料的石墨化度和微晶尺寸增大，晶面层间距减小．材料的微观结构强烈地影响着材料的力学、导电、导热等宏观性能．