复合型导电高分子材料导电性能影响因素研究概况

从理论和应用的角度分析和评述了高聚物的结构、填料种类、性能及用量、加工条件和使用条件等因素对复合型导电离分子材料导电性能性能的影响，并对各类填料的实际应用作了分析。     

膨胀石墨/酚醛树脂-聚乙烯醇缩丁醛复合双极板的制备与性能

采用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）对酚醛树脂（PF）进行改性,并以膨胀石墨为第一导电填料,用模压成型法制备了新型质子交换膜燃料电池用膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板。研究了PVB与PF质量比、改性树脂含量及炭黑的添加对膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板电导率、抗弯强度等性能的影响。结果表明,当改性树脂质量分数固定为30wt%时,膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板在PVB：PF=0.5时表现出最佳的电导率及抗弯强度,分别为192.3 S/cm、47.25 MPa,与不添加PVB的膨胀石墨/PF复合材料双极板相比,平面内电导率和抗弯强度分别提高了12.3%、14.2%。在PVB含量固定的条件下（PVB：PF=0.5）,当改性树脂的质量分数由25wt%增加至45wt%时,膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板的电导率下降,而抗弯强度增加。进一步添加炭黑提高膨胀石墨/PF-PVB复合材料双极板的导电性能,当改性树脂质量分数固定为45wt%时,炭黑添加量为4wt%的试样表现出最佳的平面电导率和面比电阻,分别为137 S/cm、14.4 mΩ·cm²。     

石墨烯/酚醛树脂复合材料的制备及电学性能研究

以石墨为原料,采用改进Hummers方法制备氧化石墨,在水中经超声分散得到氧化石墨烯分散液,经80%水合肼还原得到石墨烯。又以苯酚和甲醛为原料,草酸和盐酸作催化剂,制备热塑性酚醛树脂。得到的石墨烯与酚醛树脂由熔融共混法制备其复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、交流阻抗等分别对石墨烯以及石墨烯/酚醛树脂复合材料进行形貌和结构表征及电学性能测试。研究结果表明:采用改进Hummers方法制备的石墨烯有良好的片层状形貌,石墨烯均匀包覆着酚醛树脂,石墨烯/酚醛树脂复合材料有良好的导电性能。当石墨烯的添加量为2.0%时,复合材料的阻抗为140Ω,比未添加时阻抗减少25倍。     

石墨/酚醛树脂复合材料双极板的制备与性能

双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分,石墨与聚合物的复合材料双极板是目前研究的重要方向。采用模压热固化二步法,以酚醛树脂为粘结剂、天然鳞片石墨为导电骨料、炭黑为添加剂制备了质子交换膜燃料电池用复合材料双极板。系统研究了不同种类石墨对石墨/酚醛树脂复合材料电性能和抗弯强度的影响。结果表明:以天然鳞片石墨为导电原料时,所制备的石墨/酚醛树脂双极板的性能最好;添加导电炭黑能有效提高石墨/酚醛树脂复合材料的电导率;在复合材料制备中加入4wt%的碳纤维,碳纤维-石墨/酚醛树脂复合材料的抗弯强度提高了29%;碳纤维表面液相氧化处理能有效提高纤维与基体间的结合强度,随着处理时间的延长与处理温度的升高,碳纤维-石墨/酚醛树脂复合材料的电导率和抗弯强度都有很大程度的提高;最终固化温度主要影响酚醛树脂的交联程度,随着最终固化温度的升高,酚醛树脂的交联程度增加,电导率增大,但抗弯强度有一定程度减小。     

细菌纤维素/酚醛树脂复合透明薄膜的制备与性能

近年来石油基高分子透明薄膜的大量使用导致塑料污染问题日益严重,基于绿色环保材料制备综合性能优异的复合透明薄膜具有重要现实意义。纤维素因其绿色、环保、可再生、可持续的优点成为制备柔性复合透明材料的理想原料。本文将细菌纤维素(BC)浸渍于酚醛树脂(PF)溶液中,通过热压成型技术制备得到BC/PF复合透明薄膜,探究了酚醛树脂浓度和热压温度对BC/PF复合透明薄膜微观结构、光学性能、热稳定性、力学性能和浸润性能的影响规律。结果表明,相比于BC薄膜,BC/PF复合薄膜具有更致密的结构和更光滑的表面,透射率可达88%,力学强度、热稳定性、防水性能得到显著提高,BC/PF复合薄膜的干强度和湿强度分别是BC薄膜的2.2倍和3.4倍。本研究对于缓解塑料透明薄膜的污染和探究绿色透明薄膜的快速制备具有科学指导意义。     

硅酸铝纤维/酚醛树脂复合材料高温隔热性能研究

目的考察硅酸铝纤维/酚醛树脂复合材料的烧蚀性能、高温隔热性能,同时寻求一种有多重不同隔热材料的密闭体系在高温环境下含有化学热效应的热传导过程的数值解决方法。方法将硅酸铝纤维/酚醛树脂层压复合材料用于密闭体系隔热,利用酚醛树脂高温热分解吸热的特性实现材料主动抗高温隔热的目的。用2 cm厚的硅酸铝纤维/酚醛树脂板材考察其烧蚀隔热性能。制备多层隔热材料的密闭体系进行火烧试验,火烧试验过程测试耐高温隔热材料背面温度以考察材料的隔热情况。对密闭体系包含化学热的多重隔热体系作出"等效热效应"的假设,建立体系的偏微分方程热传导模型,利用Matlab软件对模型进行数值求解,通过数值求解结果与试验测试温度的对比,验证计算结果的准确性。结果 2 cm厚的硅酸铝纤维/酚醛树脂复合材料在敞开体系经120 min单面烧蚀,其背面温度保持在140℃以下且无破坏痕迹;火烧试验中测得的无机耐高温隔热材料热分解吸热延长了其热穿透时间,密闭体系热传导模型数值解与试验结果最大偏差为37%。结论硅酸铝纤维/酚醛树脂复合材料具有良好的耐烧蚀和高温隔热性,热等效假设在解决具有化学热效应的隔热体系的传热问题具有合理性和实用性。     

模板法制备MoSi2/竹炭复合材料及吸波性能

以竹材炭化的多孔竹炭(BC)为模板,金属间化合物二硅化钼(MoSi_2)为吸收剂,采用包埋硅(Si)粉固相烧结工艺制备MoSi_2/BC多孔复合吸波材料。利用XRD、SEM和矢量网络分析仪对MoSi_2/BC复合材料的物相组成、显微结构、介电和吸波性能进行表征。结果表明:在氩气(Ar)保护气氛下,1450℃烧结制备的MoSi_2/BC复合材料主要含物相MoSi_2、SiC及无定型碳。BC基体孔隙内除分布有MoSi_2外,还布满排列无序、尺寸长短不一、相互交叉呈网状的碳化硅晶须(SiC_W),SiC_W的存在可有效提高复合材料电磁波吸收性能。在8.2～12.4GHz频率范围内,与环氧树脂混合后,复合材料反射率随MoSi_2/BC含量增加而逐渐减小。MoSi_2/BC含量为50%(质量分数)时,随试样厚度增加反射率降低,且最小反射率向高频方向移动;在11.87GHz处最低反射率为-13dB,反射损耗小于-10dB带宽约达1.0GHz,具有良好的吸波性能。     

高导电Sb-SnO_2/钛酸钾/聚苯胺复合材料的制备及其性能

采用两步法成功制备Sb-SnO2/钛酸钾/聚苯胺(SST/PANI)多元复合材料。首先制备包覆均匀的Sb-SnO2/钛酸钾(SST)复合物,然后以该复合物为载体,通过其表面苯胺(An)单体的化学氧化聚合获得目标产物。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、热分析(TG-DTA)、Fourier红外光谱和交流阻抗测试对复合材料进行表征。结果表明:聚苯胺与SST之间主要为物理结合;当苯胺的包覆率为25%时,SST/PANI复合材料的体积电阻率可达1.8Ω·cm,且聚苯胺的包覆均匀性尚好。     

磺化竹炭的制备、表征及其酸催化性能

以竹材加工中产生的锯屑为原料,经磷酸浸渍48h～72h后,在200℃条件下热解2h得到竹炭,将其用发烟硫酸在100℃下磺化2h得到具有酸催化功能的磺化竹炭.XRD和FTIR分析表明:磺化竹炭是一种具有多环芳烃结构的无定型固体酸功能材料.采用吡啶吸附红外漫反射法确定表面酸位类型为质子酸.用离子交换-酸碱滴定法测得磺化竹炭的酸量为2.02mmol·g-1.在催化多种醛、酮与乙二醇的缩合反应中,磺化竹炭具有良好的催化活性和重复使用性能.     

竹炭聚丙烯纤维的制备及性能研究

用双螺杆挤出机制备了含3%改性竹炭聚丙烯母粒,并熔融纺丝制备了改性竹炭聚丙烯纤维。采用Mastersizer 2000激光粒度仪、TEM、SEM、FT-IR、XRD分析改性竹炭微粉的粒度分布及结构,用SEM、TG-DSC对母粒及纤维进行了表征。结果表明改性竹炭微粉的粒度为5.8μm,粒子均匀分布在聚丙烯基体中,纤维表面不光滑,直径为25～80μm;DSC结果表明竹炭粒子加入会提高PP熔点;TG结果显示竹炭粒子的加入会加速PP的分解。采用抑菌晕法和振荡摇瓶法对竹炭聚丙烯的抗菌性能进行研究,发现其对大肠杆菌具有较好的抑制效果。     

酚醛树脂/TiC/石墨复合材料双极板的性能分析

以改性酚醛树脂(PF)、TiC和石墨粉(EG)作为原料,通过一次模压成型工艺制备一种质子交换膜燃料电池复合材料双极板,并借助扫描电镜表征了复合材料的微观结构。研究了酚醛树脂的含量、成型压力以及TiC的含量对复合材料导电性能、力学性能的影响。实验结果表明:随酚醛树脂含量的增加,导电性能降低,力学性能升高;随成型压力的增大,导电性能和力学性能都呈升高趋势;随TiC含量的增加,力学性能增强,导电性能呈先增大后减小的趋势。当酚醛树脂和TiC质量分数各为10%,成型压力为60MPa时,所得复合材料弯曲强度>36MPa,抗压强度分别>30MPa,体积电导率>150S/cm。     

树脂基Fe-Si-B复合材料的制备及其介电性能

以树脂为基体,制备了非晶Fe-Si-B质量分数为20%~80%的环氧树脂基复合材料和酚醛树脂基复合材料。利用XRD、SEM对所制备的材料进行物相组成和微观形貌分析,利用阻抗分析仪对其电学性能进行测试分析。测试分析结果表明,随着导电相含量的增加,复合材料介电常数、电导率均增加,且电导率和频率之间呈较好的指数关系。电抗在整个测试频段内均为负值,且随频率增加而减小,复合材料为电容性。     

CBF/S-157酚醛树脂复合材料的研究

对连续玄武岩纤维(CBF)增强S-157酚醛树脂复合材料进行了研究.考察了树脂含量、纤维单丝直径、纤维股数对CBF/S-157复合材料弯曲性能和烧蚀性能的影响,并借助扫描电镜对其烧蚀表面形貌进行了观察,同时将CBF/S-157复合材料与高硅氧玻璃纤维(简称HSGF)/S-157酚醛树脂复合材料的弯曲性能和烧蚀性能进行了对比.结果表明:树脂含量在30%时,CBF/S-157复合材料弯曲性能和烧蚀性能最佳;CBF/S-157复合材料和HSGF/S-157复合材料的烧蚀性能相近,但前者的弯曲性能明显好于后者.     

酚醛树脂对碳布性能的影响

以磷酸氢二铵改性人造棉为基体材料,酚醛树脂为改性剂,经喷涂、炭化制备燃料电池扩散层材料用碳布。研究了酚醛树脂含量对碳布强度、电阻率、厚度和密度的影响,并通过XRD谱图和SEM图片对碳布进行微观结构分析,探讨了酚醛树脂对碳布强度和电阻率的影响机理。结果表明,酚醛树脂在提高碳布强度的同时降低其电阻率。当酚醛树脂添加量为54%时,碳布强度提高40%,体电阻率降低至0.06Ω·cm。     

多层石墨/硅树脂导热复合材料的制备与性能

以硅树脂为基体材料, 多层石墨为导热填料, 采用旋转搅拌球磨法制备了多层石墨/硅树脂导热复合材料, 研究了填料对多层石墨/硅树脂复合材料热导率、 热膨胀系数(CTE)和热稳定性的影响。结果表明, 多层石墨在硅树脂中分散性良好。多层石墨/硅树脂复合材料的热导率随多层石墨填充量的增加而增大, 填充质量分数为45%时, 热导率达到2.26 W·(m·K)^-1, 超过此值之后热导率开始下降。随着填料的增加, 多层石墨/硅树脂复合材料热膨胀系数减小。与纯硅树脂相比, 多层石墨/硅树脂复合材料热稳定性高。相同填充量下多层石墨/硅树脂比SiC/硅树脂、 AlN/硅树脂的热导率高得多, 这说明径厚比大的片状填料更易形成有效接触和导热网链。     

碳纳米管/聚苯乙烯复合材料的制备及导电性能研究

用溶液共混的方法将碳纳米管(CNTs)分散在聚乳酸聚己酸内酯(PLLA-PCL)嵌段共聚物中,再采用熔融共混的方法,制备了CNTs/PLLA-PCL/PS复合材料.扫描电镜和高分辨率光学显微镜观察发现,CNTs能够较均匀地分散在PLLA-PCL.电导率的测定表明,CNTs的加入大幅度提高了聚苯乙烯的导电性能,与CNTs//PS复合材料相比,PLLA-PCL的加入对更加有效地分散CNTs.