炭黑结构度对HDPE/CB导电复合材料导电网络形成与破坏的影响

采用熔融混合方法制备高密度聚乙烯/炭黑(HDPE/CB)导电复合材料,比较不同结构度CB填充体系的逾渗曲线和温度-电阻行为,并研究了不同含量、不同结构度CB填充的HDPE的结晶行为。实验结果表明,高结构度CB可使填充体系逾渗值显著下降(本研究中可降低为2.7%);低结构度CB填充体系的正温度系数(PTC)效应强度比高结构度CB填充体系高出约3;降温过程中,温度-电阻率曲线上出现电阻突变峰的强度随着CB结构度的降低而增强;差示扫描量热(DSC)和广角X射线衍射(WAXD)结果显示,CB粒子的加入对HDPE的结晶行为没有显著影响。     

碳基纳米填料填充聚丙烯纳米复合材料的制备与流变特性

采用熔融共混法分别制备了多壁碳纳米管(MWCNT)、炭黑(CB)、石墨微片(GNP)填充聚丙烯(PP)纳米复合材料。采用毛细管流变仪和旋转流变仪对所制备的复合材料的黏度尺度效应和动态流变特性进行了实验研究。研究发现,填充材料的形态和含量都会对黏度的尺度效应和粘弹性产生影响。各填充体系的剪切黏度都会随着粒子质量分数的增加而增大,不同直径口模下的剪切黏度偏差值有逐渐减小的趋势,炭黑填充体系具有明显的黏度尺度效应。填充体系的储能模量和损耗模量均随着粒子质量分数的增加而增大。     

预制炭黑/尼龙6纤维网络在导电高分子复合材料中的逾渗行为

通过超声法将炭黑(CB)粒子固定在静电纺丝尼龙6(PA6)纤维膜表面,制备出一系列具有不同CB含量的CB/PA6导电纤维薄膜。利用热压成型法将制备的导电纤维膜与高密度聚乙烯(HDPE)粉末热压复合,制备出CB/PA6/HDPE导电高分子复合材料(CPC)。扫描电子显微镜图片显示,CB粒子均匀地锚固在PA6纤维表面,且CB/PA6导电纤维膜在HDPE基体中形成连续的导电网络结构。研究了材料的导电逾渗行为,发现CB/PA6/HDPE复合材料的逾渗值仅为2.5%,显著低于传统的CB/HDPE复合材料的逾渗值(8.5%)。同时,由于CB/PA6/HDPE复合材料具有特殊的预制CB/PA6导电纤维网络状结构,PA6电纺纤维膜的含量在复合材料体系中也呈现出有趣的逾渗行为。     

基于共凝聚PTFE/炭黑粒子复合材料的制备和性能

在不使用凝聚剂的情况下采用下压式机械搅拌方式使聚四氟乙烯(PTFE)乳液和炭黑(CB)共凝聚,得到颗粒大小均匀的PTFE/CB粒子,然后用冷压成型和高温烧结工艺制备PTFE/CB复合材料,研究了烧结温度和CB含量对PTFE/CB复合材料的力学性能、导电性能和结晶度的影响。结果表明,烧结温度为390oC时复合材料中形成了均匀分布的微纤结构,力学性能最好;CB的填充明显提高了PTFE的力学性能和导电性能,当CB含量(质量分数)为2%时复合材料的力学性能最佳,拉伸强度从19.1 MPa增加至27.3 MPa,断裂伸长率从420%增加到525%。CB含量提高到3%的PTFE/CB复合材料结晶度最大,且CB在PTFE基体中形成了导电网络,电导率出现"逾渗",PTFE/CB复合材料具有抗静电性能。     

填充碳纳米管各向同性导电胶的性能

制备了以碳纳米管(CNTs) 和镀银碳纳米管(SCCNTs) 为导电填料的各向同性导电胶, 研究了它们的电学性能、力学性能及抗老化性能, 并与传统的以微米量级的银粒子作为导电填料的导电胶的性能进行比较。研究发现: CNTs 作为导电填料时, 在填料体积分数为31 %时出现体积电阻率的最低值2. 4 ×10-3Ω·cm; 在填料体积分数为23 %时导电胶表现出最好的抗剪切性能。在填料体积分数同为28 %时, 填充SCCNTs 导电胶具有最低的体积电阻率2. 2 ×10-4Ω·cm; 填充CNTs 和SCCNTs 显示出比填充微米量级银粒子导电胶高的抗剪切强度(19. 6 MPa) 。在85 ℃、RH 85 %环境下经过1000h 老化测试结果表明: 填充SCCNTs 或CNTs 导电胶体积电阻率的变化和剪切强度的变化均不超过10 %; 而填充微米量级银粒子导电胶在老化后体积电阻率的变化和抗剪切强度的变化分别达到350 %和120 %。      

石墨填充聚丙烯导热复合材料的流变行为

研究了石墨填充聚丙烯体系的导热性能及其与流变行为之间的相互关系。考察了石墨含量对复合体系的热导率与流变特性的影响。发现填充高含量时,复合体系的热导率出现明显的增幅,动态流变发生特殊响应,在低频区尤为明显。运用Cole-Cole曲线分析动态流变行为发现,石墨填充聚丙烯体系存在长时松弛过程,证明三维网络结构存在。采用修正Kerner-Nielson方程获得了流变逾渗阀值,与导热逾渗阀值基本一致。结果表明,填料粒子的充填方式对石墨填充聚丙烯复合体系的导热行为影响较大,粒子之间的直接接触是形成三维网络结构的主要原因。     

导电炭黑改性PE-RT抗静电复合材料的形貌与性能

以耐热聚乙烯(PE-RT)管材料为基体,以乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)载体导电炭黑母粒(记作CBE)为导电介质,配以3.86wt%的聚乙烯-辛烯共聚弹性体(POE),采用双螺杆挤出工艺制备了具有导电网状结构形貌的PE-RT抗静电管材料,降低了复合体系的逾渗阈值,并将其与添加导电炭黑(记作CB)的体系进行对比,研究了CB/PE-RT和CBE/POE/PE-RT复合体系的导电性能、微观形貌、流变性能、力学性能及热稳定性能。结果表明:POE和EVA可以产生协同作用,POE的加入改变了PE-RT与EVA的黏弹性差异,EVA在基体中达到逾渗而形成连续的网络结构。CB优先分散在黏度低、极性较高的EVA相中,且POE能够抑制CB由EVA相向PERT相的迁移,CB在EVA相中容易达到逾渗,最终由于双逾渗作用而形成导电网络结构。CB能够提高PE-RT的结晶性能及CBE/POE/PE-RT复合体系的热稳定性能,且CB对CBE/POE/PE-RT复合体系的力学性能影响较小,在一定程度上解决了目前填充型导电体系中导电性能与力学性能之间的矛盾,并且POE对复合体系起到了增塑作用,保持了PE-RT管材可弯曲的优点,拓展了塑料管材的应用范围。     

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。     

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。     

多壁碳纳米管增强炭黑/聚丙烯导电复合材料导电行为

为了充分利用不同导电粒子的导电作用,在炭黑(CB)/聚丙烯(PP)导电复合体系中引入了多壁碳纳米管(CNTs)。研究发现：引入的CNTs分散在CB粒子间起到“桥梁”作用,使体系的导电性能得到明显改善,并且CB∶CNTs为19∶1时其协同导电效果最好,该复合体系出现逾渗现象,对应的导电填料体积分数明显降低。在导电填料总体积分数为4.76%时,少量CNTs的引入就可使复合体系的体积电阻率从109Ω·cm下降到105Ω·cm;同时少量的CNTs能明显抑制炭黑/聚丙烯导电复合材料的正温度效应(PTC),使PTC强度从6.10降低到1.48,PTC转变峰温度从166℃升高到174℃。少量的 CNTs可以使PP的结晶温度提高12℃,对PP结晶的成核作用比CB更加明显。复合体系力学性能随导电填料体积分数增加而明显降低,但因为体积电阻率一定时CB-CNTs/PP体系所需导电填料体积分数较CB/PP体系明显降低,因此少量CNTs的引入能够使复合体系的力学性能得到更大程度的保持。     

基于空间限域强制组装法制备短切碳纤维-碳纳米管/聚二甲基硅氧烷导电复合材料性能

采用空间限域强制组装（SCFNA）法制备短切碳纤维-碳纳米管/聚二甲基硅氧烷（SCF-CNTs/PDMS）导电复合材料,研究SCFNA方法制备SCF-CNTs/PDMS复合材料对断面形态变化、导电性能和力学性能的影响。结果表明,通过SCFNA制备的SCF-CNTs/PDMS导电复合材料得到了密实有效的导电网络,由于缩短了导电填料之间的距离,实现了在低浓度填料下增大复合材料的导电性能和力学性能。在填料总量不变的前提下,SCF/PDMS复合材料中添加少量的CNTs,SCF与CNTs之间能形成较好的协同作用。并发现SCF质量分数为8wt%、CNTs质量分数为2wt%的SCF-CNTs/PDMS复合材料与SCF质量分数为10wt%的SCF/PDMS复合材料相比,其导电性能提高了33%,力学性能提高了144%;在SCF/PDMS复合材料中添加较多的CNTs,由于CNTs之间发生团聚现象,SCF-CNTs/PDMS复合材料的导电性能和力学性能均有所下降。SCF质量分数为5wt%、CNTs质量分数为5wt%的SCF-CNTs/PDMS复合材料随着密炼转速由40 r/min逐步增加到80 r/min,CNTs团聚现象有所改善,但是由于扭矩的增大,SCF受到的剪切作用力增大,SCF大部分被搅碎,在导电复合材料中,SCF起主要连接导电网络的作用。因此,SCF质量分数为5wt%、CNTs质量分数为5wt%的SCF-CNTs/PDMS复合材料导电性能反而随着密炼转速的提高而降低。      

导电硅橡胶泡沫材料的制备与性能研究

在硅橡胶基体中添加碳系导电填料(CB、CNT),利用超临界CO2发泡技术,制备了CB/硅橡胶、CNT/硅橡胶以及CB/CNT/硅橡胶复合导电泡沫材料,研究了混料胶料的流变行为以及发泡前后复合材料电导率、电磁屏蔽效能的变化规律。结果表明,CB与CNT均会阻碍硅橡胶复合材料的初始交联,导电填料含量越多交联越迟缓。CB/CNT/硅橡胶复配体系中更容易形成导电通路,当CB/CNT(1∶1)总含量为8%(质量分数)时,硅橡胶复合材料的电导率可达10^-5 S/cm,其电磁屏蔽效能(EI)为14~26 dB。发泡后,硅橡胶复合材料的电导率及EI值均有所下降。     

流场下纳米粒子的分布对不相容共混物形态结构的影响

探讨了剪切流场下二氧化硅(SiO2)纳米粒子表面性质(亲水或疏水)及复配对聚异丁烯(PIB)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)不相容共混物形态演变的影响。结果表明,加入单一表面性质(亲水或疏水)的粒子均能有效抑制分散相的凝聚,亲水粒子的尺寸细化效应与其分布有关,而疏水粒子与其分布无关。对于混杂粒子填充的PIB/PDMS共混体系,不同配比的混杂粒子均能阻碍分散相的凝聚。但是,当其中的疏水粒子分布在界面处且处于基体相中时比分布在分散相且处于界面能更有效地阻碍分散相的凝聚。     

柔性可拉伸硅橡胶@多壁碳纳米管/硅橡胶可穿戴应变传感纤维

基于核-壳结构设计,采用简便、低成本的浸涂-固化法制得柔性、可拉伸、高灵敏且稳定的聚二甲基硅氧烷硅橡胶@多壁碳纳米管/聚二甲基硅氧烷硅橡胶(PDMS@MWCNTs/PDMS)压阻式应变传感纤维。通过FTIR、XRD、TG、TEM对硅烷偶联剂改性多壁碳纳米管(MWCNTs-KH570)的化学结构、热稳定性和微观形貌进行了分析,深入研究了核-壳结构与MWCNTs-KH570质量分数对PDMS@MWCNTs/PDMS复合纤维导电性能、传感性能及力学性能的影响规律与机制。结果表明:羟基化MWCNTs(MWCNTs—OH)表面接枝KH570使其在壳层PDMS基体中具有良好的分散性和界面相互作用;核-壳结构的设计使PDMS@MWCNTs/PDMS复合纤维在低填充下具有高电导率和传感性能;PDMS@MWCNTs/PDMS复合纤维的导电性能与传感性能随着MWCNTs-KH570质量分数增加而提高,且在人体关节运动监测中表现出良好的可重复性和工作稳定性。      

流场下纳米粒子的分布对不相容共混物形态结构的影响EI北大核心CSCD

探讨了剪切流场下二氧化硅(SiO2)纳米粒子表面性质(亲水或疏水)及复配对聚异丁烯(PIB)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)不相容共混物形态演变的影响。结果表明,加入单一表面性质(亲水或疏水)的粒子均能有效抑制分散相的凝聚,亲水粒子的尺寸细化效应与其分布有关,而疏水粒子与其分布无关。对于混杂粒子填充的PIB/PDMS共混体系,不同配比的混杂粒子均能阻碍分散相的凝聚。但是,当其中的疏水粒子分布在界面处且处于基体相中时比分布在分散相且处于界面能更有效地阻碍分散相的凝聚。     

炭黑填充多组分高分子导电复合材料的研究进展

基体为多组分高分子的填充型导电复合材料中存在“双逾渗”行为,能有效地降低导电填料的逾渗阈值,克服由填料含量过高而导致的材料加工性和力学性能下降的缺点,并能削弱材料的负温度系数(NTC)效应。本文基于国内外炭黑(CB)填充多组分高分子导电复合材料的研究进展,对CB分布、多组分高分子基体对材料体系导电性的影响、导电机理以及电导-温度依赖性等方面进行评述。     

粒子填充聚合物体系的特征粘弹行为

以线性粘弹理论为依据，介绍粒子填充聚合物体系动态流变行为，探讨影响填充聚合物体系粘弹性的主要因素，并对粒子填充聚合物体系粘弹机制的若干进展进行了简要概述。     

温度/剪切场对SWCNTs/EP分散体系导电性能的影响

以单壁碳纳米管(SWCNTs)为填充剂制备了环氧树脂(EP)液态复合导电体系。对不同温度和剪切场下SWCNTs/EP分散体系的导电性能进行了测试。结果发现:SWCNTs含量增加,分散体系黏度和电导率提高,当SWCNTs含量为0.5%时(vol,下同),体系导电性能的变化趋于平缓。温度升高,体系的导电性能提高,在40℃至95℃之间,体系的电导逾渗值从0.31%降低到0.15%,电导率由2.4×10-7S/m升高至7.0×10-2S/m,上升5个数量级。50℃下剪切速率从60r/min增大到300r/min,SWCNTs含量为0.025%的体系电导率略有增加(由2.0×10-5 S/m升高到3.0×10-5S/m),超过0.05%后,体系电导率随剪切时间的延长先减小后增大。此外,剪切场导致体系逾渗值增大,电导率降低。     

MWNTs/HDPE的导电性和流变学性质

利用熔融共混的方法制备了多壁碳纳米管(MWNTs)/高密度聚乙烯(HDPE)导电复合体系,并研究了该体系的流变学性质和导电性质。流变测量结果表明,碳纳米管的加入使体系的黏度和模量有很大的提高,并且高填充含量时复合体系的黏度表现出强剪切变稀行为,而储能模量则在低频区出现所谓的"第二平台";从黏度、损耗模量随填充含量的变化图上可以看出,碳纳米管的质量分数达到8%时,黏度和损耗模量随含量增加的幅度明显增大,表明在该点形成了粘弹逾渗结构,该值和电阻测量得到的逾渗阈值相近。     

纳米碳酸钙的负触变机理探究

以纳米碳酸钙填充邻苯二甲酸二辛酯(DOP)糊为研究对象,通过改变纳米碳酸钙表面处理剂的质量分数,考察DOP糊流变特性,研究糊体系负触变结构的形成机理。结果表明:随表面处理剂质量分数的增加,纳米碳酸钙表面羟基密度降低,活化率增大,颗粒分散性得到改善;当碳酸钙未经表面处理或处理剂质量分数超过4.5%时,糊体系中网络结构更新比破坏快,从而表现出负触变性。