石墨烯/超高分子量聚乙烯导电复合材料的电性能

通过两步法制备了纳米石墨烯(GNS)/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)分离结构导电复合材料,通过扫描电子显微镜和透射偏光显微镜研究了导电复合材料的形态结构与电性能的关系。研究表明,GNS粒子能够均匀地涂覆在UHMWPE粒子表面。当GNS的体积分数为0.4%时,复合材料电导率提升了15个量级,渗流阀值为0.028%(体积分数,下同)。GNS/UHMWPE分离结构导电复合材料的正温度系数效应(PTC)研究表明,由于填料分布形态及含量的变化,导致复合材料PTC转变温度发生改变。     

低逾渗MWCNTs-CB/UHMWPE导电复合材料的制备及性能

采用溶液法及机械共混法分别制备了均匀结构的炭黑(CB)/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)及隔离结构的多壁碳纳米管(MWCNTs)-CB/UHMWPE复合薄膜。扫描电镜分析显示,虽然大部分CB均匀分散于UHMWPE基体中,但依然存在明显的局部团聚,而隔离结构中的MWCNTs-CB分布于UHMWPE界面间,更易形成导电通道。导电测试结果表明,复合材料的导电逾渗值由均匀分布的4.91%(体积分数)下降到隔离结构的0.42%。MWCNTs的加入完善了CB间的导电网络,使复合材料的逾渗值进一步下降,当CB∶MWCNTs=15∶1时,复合薄膜的逾渗值由0.42%(体积分数)下降到0.24%,然而混合填料中MWCNTs含量的进一步增加几乎对逾渗值没有影响。力学性能研究表明,隔离型复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随填充剂含量的增加呈现出先上升后下降的趋势。     

石墨烯多壁碳纳米管/超高分子量聚乙烯导电复合材料的制备及性能

为了比较超高分子量聚乙烯(UHMWPE)在单一填充和混合填充时, 复合材料导电性的差别。在超声和肼的作用下, 通过对氧化石墨烯(GO)、 多壁碳纳米管(MWCNTs)和超高分子量聚乙烯水/乙醇分散液减压蒸馏及热压制备了隔离型MWCNTs/UHMWPE、 石墨烯(GNS)/UHMWPE和MWCNTs-GNS/UHMWPE导电复合材料。经SEM、 TEM测试发现, 导电填料分散于UHMWPE颗粒表面, 热压后形成隔离结构。隔离型的MWCNTs/UHMWPE和GNS/UHMWPE复合材料均表现出较低的导电逾渗(0.148%和0.059%, 体积分数,下同), 但MWCNTs/UHMWPE复合材料的电导率(2.0×10^-2 S/m, 1.0%, 质量分数, 下同)明显高于相同填料含量下的GNS/UHMWPE复合材料。 MWCNTs-GNS/UHMWPE复合材料表现出了更低的逾渗(0.039%) 和较高导电性能(1.0×10^-2 S/m, 1.0%), 其拉伸强度和断裂伸长率随填充剂含量的增加呈现出先上升后下降的趋势。     

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。     

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。     

静电纺丝法制备低渗流阈值聚酰亚胺/炭黑导电复合材料

原位聚合法得到聚酰胺酸(PAA)/炭黑(CB)聚合物溶液,通过静电纺丝、热亚胺化制备了聚酰亚胺(PI)/炭黑复合纳米纤维膜,经过热压加工工艺得到以炭黑为填料的聚酰亚胺基导电复合材料。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了复合材料的微观形貌,通过LCR数字电桥、拉伸测试和热重分析(TGA)研究了复合材料的电学性能、力学性能与热稳定性。实验表明,PI/CB导电复合材料的渗流阈值为6%(质量分数);在渗流阈值时,材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为93.9 MPa和68.9%,10%热失重温度为575.8℃。聚酰亚胺/炭黑导电复合材料表现出优异的力学性能和热稳定性能。     

具有隔离结构的超高分子量聚乙烯/镍高导电复合材料

采用化学镀手段制备金属镍包覆的超高分子量聚乙烯复合粒子,通过热压成型方法制得具有隔离结构的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/镍(Ni)高导电复合材料。通过调节金属(镍)镀层厚度及加工温度考察不同Ni含量及加工温度对复合材料导电性能的影响。结果表明,复合材料具有明显的导电逾渗行为;通过化学镀工艺可有效提高金属填料与基体的结合力,同时实现金属镍在聚合物基体中的选择性稳定分布,构建具有隔离结构的导电网络,使得复合材料的逾渗值降低至1.02%(体积分数)。基于金属填料优异的导电性能,在Ni体积分数仅为2.53%时,复合材料的电导率达到2648S/m。此外,降低复合材料的加工成型温度有助于减少加工过程对导电网络的破坏作用,从而有效降低复合材料的导电逾渗值,对提高复合材料导电性能具有重要意义。     

炭黑填充BST/PVDF复合薄膜的制备与介电性研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物基体,钛酸锶钡(BST)为陶瓷相,成本低廉的导电炭黑(CB)为导电相。采用流延加低温热处理的方法制备了一系列高介电柔性复合薄膜。利用阻抗分析仪对薄膜的介电性进行了测试,结果表明,炭黑的填充能有效提高复合材料的介电性能,当体积分数接近渗流阈值6.2%时,CB/BST/PVDF复合材料的介电常数、介质损耗、电导率急剧增加。结合经典渗流理论研究了材料在渗流转变时介电性变化特征及微观机理,利用微电容模型、界面极化理论对这一现象进行解释。     

CB/PBO复合材料制备及吸波性能研究

以4, 6二氨基间苯二酚盐酸盐(DAR?2HCl)、对苯二甲酸(TPA)为原料, 合成TA盐, 再缩聚制得具有较高耐热性的聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)。以PBO为基体, 炭黑(CB)为吸收剂, 热压法制备CB/PBO复合材料。对不同炭黑质量分数的复合材料介电及PBO基体与复合材料的热性能进行研究。结果表明, 随着炭黑含量的增加, 材料的复介电常数的实部与虚部均增大。含5%炭黑的试样厚度达到2 mm时, 吸波性能最好, 反射率小于-10 dB的带宽可达2.4 GHz, 最小反射率可达-32 dB。在空气中450℃保温5 h, PBO的质量损失为11.84%, 而5% CB/PBO复合材料的质量损失为21.99%。     

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。