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。     

导电聚苯胺纳米纤维对聚乙烯/炭黑复合体系电阻行为的影响

采用水溶液氧化聚合和热掺杂相结合的技术制备十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺(PANI-DBSA)纳米纤维,并将PANI-DBSA纳米纤维与低密度聚乙烯(LDPE)和炭黑(CB)进行熔融共混制得PANI-DBSA/LDPE/CB导电复合材料,研究了PANI-DBSA纤维的引入对导电复合材料电阻行为的影响。结果表明,添加PANI-DBSA纳米纤维,复合材料的逾渗阀值移向较低炭黑含量,复合材料的PTC强度得到一定程度的提高,复合材料的电阻率-温度曲线的热循环稳定性得以改善。     

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。     

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。     

特殊形态结构导电高分子复合材料的电学性能

先使聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)与炭黑(CB)反应,再与聚丙烯/尼龙6(PP/PA6)共混制备出CB位于两相界面处的PP/PA6/PP-g-MAH/CB导电高分子复合材料,研究了材料的特殊结构和电学性能。结果表明,在PP/PA6/CB体系中CB粒子分布在PA6相,体系的逾渗阈值为2%;而在PP/PA6/PP-g-MAH/CB体系中,CB被PP-g-MAH诱导分布在两相界面处。PP/PA6两相为海岛结构时,PP/PA6/PP-g-MAH/CB体系仍可导电。PP/PA6/PP-g-MAH/CB体系的逾渗阈值降至1.6%,低于PP/PA6/CB体系。体系的正温度效应(PTC)强度远高于PP/PA6/CB体系,在90-135℃范围内不出现负温度效应(NTC)。PP/PA6/PP-g-MAH/CB体系的电学性能归结于其特殊的界面形态结构:导电通道由位于共混物界面处的PP-g-MAH和CB构建而成。     

导电粒子/聚硅氧烷悬浮体系的流变特性与粒子相结构演变行为

采用导电-流变行为同步监测的方法,对比研究炭黑(CB)、石墨烯(r GO)填充聚硅氧烷(PDMS)悬浮体系粒子相结构对应变剪切作用的响应规律。r GO/PDMS、CB/PDMS体系的模量与电性能随粒子含量增加呈现典型的逾渗行为;r GO质量分数约为1.5%时,导电网络结构基本形成,所需用量远低于CB填充体系(质量分数3.5%)。导电-流变同步监测结果表明,r GO粒子网络结构对振荡剪切作用非常敏感,γ0.3%时,导电通路即开始发生破坏,且这种被破坏的r GO导电网络结构在随后的递减应变扫描和100℃-5000 s热处理过程中很难回复。而受振荡剪切破坏的CB网络结构可瞬间回复。     

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。     

多壁碳纳米管-聚氨酯/聚丙烯复合材料导电网络结构的演变与性能调控

为研究多壁碳纳米管(MWCNTs)和热塑性弹性对MWCNTs-聚氨酯/聚丙烯(MWCNTs-TPU/PP)复合材料结晶性能、导电性能、拉伸性能及外场响应行为,通过溶液-熔融法制备了MWCNTs-TPU/PP复合材料。MWCNTs的引入能够提高MWCNTs-TPU/PP复合材料的导电性能和结晶性能,导电逾渗值质量分数约为1.9wt%,开始结晶温度从117.5℃提高到131.2℃。通过电阻仪和温控装置的联用在线表征了在不同热处理温度下导电网络的构建和破坏过程,随着热处理温度从110℃提高到175℃,MWCNTs-TPU/PP复合材料的导电性能和结晶度得到改善;TPU的引入能够显著降低MWCNTs-TPU/PP复合材料对温度的反应时间从约10 min缩短到约3 min,温度响应行为得到显著改善。通过拉伸数据分析表明,MWCNTs含量的增加能够提高MWCNTs-TPU/PP复合材料的拉伸强度和断裂伸长率,MWCNTs添加量为2.5wt%时,复合材料的拉伸强度从~35 MPa提高到~47 MPa;应变-电阻数据表明,TPU的引入能够改善MWCNTs-TPU/PP复合材料在循环拉伸过程中应变的可回复性和导电网络结构的稳定性。      

高密度聚乙烯/炭纤维复合体系的PTC效应

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体,添加不同长度的炭纤维(CF)制备了HDPE/CF复合体系.用显微镜观察了复合体系中CF的形态,测试了复合体系的逾渗值、正温度系数效应(PTC)的强度和多次热循环后的PTC强度.用DSC分析了复合体系的结晶性能与PTC稳定性的关系.结果表明,CF的长度对复合体系的电导率、渝渗阈值和PTC...     

HDPE/EVA/CB复合导电材料的研究

研究了HDPE/EVA/CB(炭黑)复合材料的导电性及正温度系数(PTC)特性,包括电阻-温度特性和电流-时间特性.发现在HDPE/CB复合材料中加入少量的EVA能降低室温电阻率、改善炭黑粒子的分散、增强PTC效应以及缩短材料的响应时间,并从基体的结晶性及炭黑在共混基体中分布的角度探讨了EVA组分对复合材料电性能影响的作用机理.     

炭黑改性对炭黑/高密度聚乙烯体系电性能稳定性的影响

采用熔体共混法制备了炭黑（CB）/高密度聚乙烯（HDPE）导电复合材料。研究了硝酸氧化对CB/HDPE导电复合材料正温度系数（PTC）、负温度系数（NTC）效应和电性能稳定性的影响。结果表明,填充氧化炭黑（CB-O）提高了CB-O/HDPE体系的电性能稳定性和PTC强度,部分消除或降低了复合材料的NTC效应。而CB-O/HDPE体系的室温电阻率比CB/HDPE体系只增加了0.3个数量级,但比经过交联处理的CB/HDPE（CB/crosslinked-HDPE）体系降低了1个数量级。CB-O/HDPE复合材料性能的改善主要是由于CB经氧化后,表面羧基、羟基等极性基团含量增加,抑制了CB粒子高温时的自团聚作用,减弱了体系的NTC效应;同时CB表面微晶晶界处导电性较差区域的减少,提高了CB的导电性,,并且CB-O表面大量孔洞和裂缝的形成,增强了CB-O与HDPE的物理吸附作用,提高了复合材料的电性能稳定性。      

相变可控的复合导电自润滑材料的加热特性

研制了相变可控的复合导电和自润滑材料，它是以低密度聚乙烯－炭黑为导电基材，加入固体润滑剂聚四氟乙烯、石墨和Ekonal（聚苯酯的商品名）构成。固体润滑剂的加入降低了材料的电阻率，以加入Ekonal降低幅度最大。该材料具有反复多次的加热性能，加热电压升高，升温速率加快，经历一个升温速率变化较小的平台期之后，升温速率又加快。台架实验表明，相变可控的复合导电自润滑材料可有效地减少表面的咬合。     

Effect of Polyaniline Functionalized Carbon Nanotubes Addition on the Positive Temperature Coefficient Behavior of Carbon Black/High-Density Polyethylene Nanocomposites

The influence of addition of polyaniline functionalized multiwalled carbon nanotubes (PANI-MWNTs) on the positive temperature coefficient (PTC) characteristics of carbon black (CB) filled high-density polyethylene (HDPE) nanocomposite materials have been studied. Polymer nanocomposites were prepared by the combined solution and melt-mixing process. The experimental results showed that the PTC intensity and maximum resistivity of the hybrid nanocomposites were obviously influenced by the polyaniline functionalization of multiwalled carbon nanotubes (MWNTs). A noticeable PTC of resistivity was observed for PANI-MWNTs/CB/HDPE hybrid nanocomposites near the melting point of HDPE. This is due to the significant volume expansion near the melting point of the HDPE in presence of hybrid fillers and a sudden increase of the resistivity due to the disconnection of the conductive paths. The PTC effect of CB/HDPE composites can be effectively modified by the addition of PANI-MWNTs.     

Positive temperature coefficient characteristic and structure of graphite nanofibers reinforced high density polyethylene/carbon black nanocomposites

Graphite nanofibers (GNF) and carbon black (CB) filled high density polyethylene (HDPE) hybrid composites were fabricated using a melt mixing method. The effects of the CB and GNF content on the room temperature resistivity and positive temperature coefficient (PTC) behavior of the nanocomposites were examined. The room temperature resistivity of the composites decreased significantly with increasing GNF content, but this was not always the case with the PTC intensity. The incorporation of a small amount of GNF into the HDPE/CB composites significantly improved the PTC intensity and reproducibility of the hybrid nanocomposites. The maximum PTC effect, whose log intensity was approximately 7.2, was observed in the HDPE/CB/GNF (80/20/0.25 wt%) nanocomposite with relatively low room temperature resistivity. The mechanism for the effects of GNF in HDPE/CB/GNF hybrid composites were examined using differential scanning calorimetry, transmission scanning electron microscopy and X-ray diffraction.     

炭黑分散状态对炭黑/环氧树脂导电复合材料电阻率和力电性能的影响

通过实验研究了搅拌时间和炭黑表面改性对炭黑/环氧树脂导电复合材料电阻率和力电性能的影响。实验结果表明,随着搅拌时间的延长,炭黑在环氧树脂中的分散性提高,炭黑在环氧树脂中形成的一些导电链被破坏,从而导致复合材料的电阻率提高,电阻率变异系数减小及同批试件的电阻随应变的变化率趋于一致。但进一步延长搅拌时间并不能提高分散性,炭黑仍是以较大聚附体的形式存在。炭黑经偶联剂表面改性后,在环氧树脂中的分散性得到进一步的提高。改性后炭黑以小的聚附体甚至单颗粒的形式分散于环氧中,从而减小了复合材料中分布于炭黑颗粒间环氧树脂间隙的宽度,使复合材料的电阻率和电阻随应变的变化率减小。     

凹凸棒粘土对炭黑/环氧复合材料电性能的影响

通过溶液混合法制备了凹凸棒(ATT)/炭黑(CB)/环氧树脂(EP)复合材料。使用紫外可见光光谱仪(UV-Vis)和Zeta电位测试仪对CB和(或)ATT在丙酮溶剂中的分散稳定性进行了研究。使用扫描电子显微镜(SEM)和电阻仪分别研究了不同填料比例以及含量对EP复合材料微观结构和电阻率的影响。结果表明,ATT的加入可以有效增强CB在溶剂中的分散稳定性并促进EP基体中导电网络的形成。当CB与ATT质量比为5∶1时,复合材料的电阻率比不添加ATT时下降了2个数量级;其渗流阈值(1%)(质量分数,下同)小于具有相同填料含量的CB/EP复合材料(1.8%)。最后探讨了ATT对CB/EP复合材料电性能影响的可能机理。     

导电炭黑填充硅橡胶的电阻温度系数

以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备导电复合材料。研究导电橡胶中炭黑质量分数对电阻温度系数的影响,并用填料对电阻温度系数的影响。以隧道效应理论为基础,给出了导电炭黑填充橡胶的电阻温度系数计算模型,结合实验得到温度对导电炭黑/硅橡胶电阻温度系数的影响主要体现在对其电阻率的影响;基体的体积热膨胀提高复合材料的电阻率,提高了正电阻温度系数;炭黑粒子间的隧道效应降低复合材料的电阻率,增强了负电阻温度系数;在炭黑/硅橡胶中加入少量碳纳米管,利用碳纳米管和炭黑的协同补强效应,使复合材料的导电性和稳定性提高。     

热塑性塑料的电阻焊焊接工艺

采用导电炭黑(CB)填充的高密度聚乙烯(HDPE)复合材料加热单元来焊接HDPE样条。研究发现,炭黑填充量高于12%(质量分数,下同)时,复合材料的电阻率降到3Ω.cm以下;用炭黑含量为12%、16%及20%的加热单元来焊接HDPE时,合适的焊接电压分别为33 V、23 V和20 V。通过搭接焊和对焊,从剪切破坏强度和拉伸破坏强度两个方面来评价焊接性能。结果表明,当焊接时间在6 min左右时,三种不同炭黑含量的加热单元的焊接系数均超过0.9,焊接时间10 min左右时,焊接系数可以达到1,焊接性能优良。     

双逾渗PTC材料的制备研究

以CB为导电填料,HDPE和PC为聚合物基,采用两种工艺制备HDPE／PC／CB三元复合材料。研究表明CB在单一聚合物HDPE中的逾渗阈值约为20％。母料共混制备的HDPE／PC／CB三元复合材料的PTC行为及重复性优于直接共混制备的试样。在母料共混制备的HDPE／PC／CB三元复合体系中形成了双逾渗行为,当HDPE／PC-40／60时,复合材料具有较好的PTC效应及PTC效应重复性。     

无机填料对PVC/CPE/CB复合材料导电性能的影响

研究了具有不同粒子形态的无机填料(球形的纳米二氧化硅、片状的滑石粉和纤维状的玻璃纤维),以及不同粒径的碳酸钙(纳米碳酸钙、超细碳酸钙)对聚氯乙烯(PVC)/氯化聚乙烯(CPE)/导电炭黑(CB)复合材料导电性能的影响。电性能测试和扫描电镜形态结构分析结果表明,添加纤维状填料比球形和片状填料更有利于复合材料导电性能的保持;粒径较小的纳米碳酸钙对复合材料的导电性能影响较小。当炭黑含量为12phr时,添加15phr纳米碳酸钙后复合材料的电阻率仅为6.04×106Ω.cm。