高导电强韧性聚乳酸/多壁碳纳米管复合材料的制备及其结构调控

为了探究聚乙二醇丙烯酸酯(PEGDA)的引入对多壁碳纳米管/聚乳酸(MWCNT/PLA)复合材料结晶性能、热力学稳定性、导电性能和力学性能的影响,首先采用了化学改性的方法将小分子量PEGDA单体原位接枝到线型PLA分子链上,实现了具有一定柔性结构聚乳酸(GPLA)的改性制备;其次利用熔融加工的方法实现了多壁碳纳米管在PLA/GPLA/MWCNT复合材料内部的均匀富集分布,促进了复合材料内部导电网络的构筑。结果表明,通过化学原位接枝法可以成功将PEGDA接枝到PLA分子链上,形成长链结构,并且长链结构的形成能够提高复合材料的复数黏度、结晶性能和热力学稳定性。导电数据表明,随着MWCNT含量的增加,PLA/MWCNT复合材料的导电性能逐步改善,导电逾渗阈值约为0.8%;并且复合材料内部GPLA的引入,可以充分利用GPLA的异相成核能力和“晶体排斥”效应,促使PLA/MWCNT/GPLA复合材料的导电性能表现出了先升高后降低的现象,这主要是因为高含量的GPLA的引入,导致了复合材料内部的复数黏度提高,使复合材料内部MWCNT的团聚体表现出了不同的分布状态。当GPLA的含量增加到15%时,复合...     

碳纳米管和立构复合晶对聚乳酸/碳纳米管复合材料结构和性能调控

通过溶液-熔融共混的方法制备了不同导电填料含量的多壁碳纳米管(MWCNT)/立构复合晶(SC)/聚乳酸(PLA)导电复合材料,借助差式扫描热量仪(DSC)、热台偏光显微镜(POM)和自组装电阻仪详细地研究了MWCNT/SC/PLA导电复合材料的结晶性能与导电性能的关系。结果表明,通过溶液-机械共混的方式制备的MWCNT/PLA导电复合材料具有较低的导电填料逾渗阀值,约为0.6%,并且随着高熔点SC的引入,导电性能先提高后稳定。MWCNT的加入够显著提高复合材料的起始结晶温度、热力学分解温度和成核速度,而SC的加入增加了聚乳酸基体的球晶尺寸,抑制了成核效应,并表现出显著的晶体排斥效应。通过温度-电阻测试发现,在不同的热处理温度(T_s=60、80、100、120℃)下,复合材料的电导率降低;而随着热处理温度的提高和SC的引入,电导率稳定区的出现时间逐渐缩短,从20 min缩短到了8 min,并且复合材料的结晶度也表现出了先增加后降低的现象,PLA+0.6%MWCNT的结晶度从15.7%(T_s=60℃)增加到了68.1%(T_s=100℃)。     

高导电、低逾渗PLA/CNTs导电复合材料的结构设计及性能研究

通过溶液吸附?熔融法制备了具有低逾渗高导电性能的左旋聚乳酸/右旋聚乳酸/碳纳米管(PLA/PDLA/CNTs)复合材料。在PLA/CNTs复合材料内部通过添加PDLA以提高复合材料的结晶性能,起到良好的体积排斥作用,促进了CNTs的分散,对PLA/PDLA/CNTs复合材料的导电网络结构进行有效调控;随着PDLA含量的增加,PLA/PDLA/CNTs复合材料的导电性能表现出了先增加后降低的趋势,当PDLA的含量仅为0.2%时,PLA/0.2%PDLA/0.6%CNTs的电导率从10^-6 S/m提升到了10^-4 S/m,提高了2个数量级,并且复合材料的导电逾渗值从0.58%(PLA/CNTs)降低到0.45%(PLA/PDLA/0.6%CNTs)。此外,CNTs和PDLA的引入可以有效的提高复合材料的结晶性能和复数黏度,相比于纯PLA,PLA/0.5%PDLA/0.6%CNTs的开始结晶温度(T_o)和最大峰结晶温度(T_p)分别提高了30.6℃和20.8℃。通过力学性能数据分析发现,在CNTs和PDLA...     

3D打印制备PLA/MWCNT复合材料及其性能研究

聚乳酸作为基体材料,通过研磨共混法制备了多壁碳纳米管(MWCNT)/聚乳酸(PLA)复合粒料,应用3D打印技术打印了PLA/MWCNT复合材料样条。通过对复合材料导电性能测试,结果表明随着MWCNT掺杂量的增加,复合材料的电导率数值呈指数型增长,当MWCNT含量达6%时,电导率为10~(-2) S/cm。力学性能测试得到在MWCNT含量为6%时,样条的拉伸强度达63.7 MPa,比纯的PLA材料提升37.6%;弯曲强度为126.7 MPa,提高了16.9%。扫描电子显微镜(SEM)观察发现MWCNT在PLA基体中较为分散,PLA/MWCNT复合样条断面呈现多孔蜂窝状。样品热分解温度高达390.2℃,耐热效果明显提升。     

多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能研究

采用浇铸法制备了不同含量多壁碳纳米管(MWCNT)的MWCNT/环氧树脂(EP)复合材料。用扫描电镜观察了MWCNT/EP复合材料的微观结构,发现MWCNT均匀分散在EP中。研究了MWCNT/EP复合材料的导电逾渗行为,材料的逾渗值为0.033%。分析了复合材料的动态力学性能,结果表明MWCNT的加入提高了EP的固化交联程度和韧性,同时复合材料的玻璃化转变温度也有提高。     

强剪切流动下聚丙烯基复合材料介电性能和结构演变的研究

研究了多壁碳纳米管(MWCNT)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)和强剪切流动场对聚丙烯(PP)/MWCNT/LLDPE复合材料的导电性能、结晶性能、力学性能和介电性能的研究。结果表明,PP/MWCNT复合材料随着MWCNT含量的提高,导电性能逐步改善,导电逾渗值约为1.8%,而第二分散相LLDPE的引入使复合材料的导电性能表现出了先降低后升高的现象,并且随着LLDPE含量的增加,MWCNT逐步向LLDPE内部迁移,构成了双连续结构。复合材料经过固态口模拉伸的强剪切流动场之后,随着拉伸速率从10 mm/min增加到300 mm/min的过程中,复合材料的融化温度逐渐向高温方向偏移,表现出了片层厚度增加的现象。复合材料内部分子链取向和纤维结构的形成,能够显著提高复合材料的拉伸强度和介电性能,拉伸强度提高从约50 MPa提高到了约240 MPa,提高了约380%。MWCNT和强剪切流动场的引入也使复合材料的介电常数大幅提升。     

填充型导电复合材料载荷作用下导电逾渗研究

以聚丙烯(PP)为基体材料,以多壁碳纳米管(MWCNT)、导电炭黑(CB)为填料,通过熔融共混、注塑成型的方法制备了填充型导电复合材料。测定在单轴压缩载荷作用下,不同填料体系的导电复合材料逾渗曲线的变化规律。通过扫描电子显微镜观察了导电填料的分布以及导电网络的形成状况。结果表明:对于PP/CB和PP/CB/MWCNT导电复合材料,在较小的应变情况下,单轴压缩使逾渗曲线向低阻方向移动,而随着应变逐渐增大,逾渗曲线又向高阻方向移动,其中PP/CB体系更为明显。这是由于纤维状的MWCNT能部分抑制由于压缩而导致材料内部导电通路的破坏,使材料内部导电网络遭到破坏的程度降低,同时,CB通过与拥有大长径比的MWCNT的协同作用提高了复合材料的导电性。     

CB/MWCNTs/PP导电复合材料的制备与性能表征

通过熔融共混、注塑成型将多壁碳纳米管(MWCNTs)母粒、炭黑(CB)母粒与聚丙烯(PP)混合制备CB/MWCNTs/PP导电复合材料。复合材料中导电填料MWCNTs体积分数为1%,通过改变炭黑体积分数,探究CB含量的变化对复合材料导电性能、力学性能和流变性能的影响。导电测试结果表明,当CB体积分数介于3%~5%时,复合材料达到电流逾渗;超声共振结果表明,复合材料的弹性模量会随着CB含量的增大而增大,而泊松比对CB含量的变化并不敏感;DMA结果表明,复合材料玻璃化转变温度(T_g)会随着CB含量的增加而降低,而储能模量和损耗模量在低温区会随着CB的增大而上升;MCR分析结果表明,当CB体积分数介于1%~3%时,复合材料达到流变逾渗,复合黏度对低频率扫描不敏感,随着CB体积分数的增大而增加。随着频率上升,不同含量材料的复合黏度越来越逼近,并且呈现剪切变稀现象。     

CB/PLA/PS导电复合材料形态及电性能研究

通过熔融共混法制备了炭黑(CB)/聚乳酸(PLA)/聚苯乙烯(PS)导电高分子复合材料。扫描电子显微镜(SEM)观察发现PLA和PS在复合材料中形成了共连续相结构,而CB粒子选择性地分布在PS相中。体系形成了典型的双逾渗结构。电学性能测试发现体系的逾渗值仅为5%。     

PLA/TPU/HCNTs三元共混物的制备与性能

利用熔融共混法制备了聚乳酸(PLA)/热塑性聚氨酯(TPU)/羟基化碳纳米管(HCNTs)三元共混物,对共混物熔体流变行为、结晶行为、拉伸性能和电性能进行了表征。流变测试结果表明:TPU的引入对PLA复数黏度的影响较小,而含HCNTs的三元共混物的流变逾渗阈值在1%～2%之间,含量超过2%以后,低频区复数黏度出现明显变化;DSC结果表明:TPU的引入有利于PLA结晶,而HCNTs含量的变化对PLA结晶的影响较小,HCNTs成核效应不明显;力学测试结果表明:当HCNTs含量为1%时,PLA/TPU/HCNTs三元共混物的力学性能最佳,断裂伸长率达到最大值,为96.9%,屈服强度为27.4 MPa;电性能测试表明,共混物电逾渗阈值在2%～4%之间,与纯PLA相比,共混物的电导率变化约7个数量级。     

聚醚醚酮／碳纤维复合材料热性能和电性能的研究

通过熔融共混法制备了聚醚醚酮/碳纤维(PEEK/CF)复合材料.采用差示扫描量热分析法(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、动态热机械分析仪(DMA)、微欧计、高阻计等考察了复合材料的热性能和电性能.结果表明:聚醚醚酮/碳纤维复合材料的熔点比聚醚醚酮高,但是复合材料的结晶度小于聚醚醚酮.通过SEM照片、DSC曲线和DMA曲线可以证明:聚醚醚酮和碳纤维结合较好,这对复合材料导电性能产生一定影响,即随着碳纤维质量分数增加到10%,复合材料导电性能呈现出逾渗效应,但是逾渗值较高,在经过热处理后,碳纤维含量较高的复合材料电阻率呈现七升趋势,一定碳纤维含量的复合材料表现出明显的PTC效应.     

退火对有机化竹纤维/聚乳酸复合材料性能的影响

以有机化竹纤维(OBF)为成核剂,通过双螺杆挤出机制备了可完全生物降解的PLA/OBF复合材料。采用差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、偏光显微镜(POM)和热变形、维卡软化点温度测定仪分析了在不同退火条件下,成核剂OBF对PLA结晶及耐热性能的影响。结果表明:OBF是一种有效成核剂,当OBF含量为1.2%时,PLA的结晶速率加快,成核密度增加、晶体尺寸减小,并且结晶度变大,纯PLA的结晶度为17.3%,添加了OBF的PLA结晶度提高到27.9%;退火处理可以有效改善PLA的结晶及耐热性能,但对PLA的晶型没有影响,在90℃退火10 min时,纯PLA的结晶度提高到58.7%,维卡软化点达到57.1℃;PLA/OBF的结晶度提高到60.1%,维卡软化点达到85.0℃。     

CB/PLA与CB/RF/PLA导电高分子复合材料气敏性能对比

通过熔融共混法制备了炭黑(CB聚乳酸(PLA和CB/苎麻纤维(RFPLA导电高分子复合材料(CPCs。扫描电镜(SEM观察发现导电填料在CB/PLA中分散良好。通过预混合的方法,可以先使CB和PLA良好接触,随后的熔融加工过程中,CB/RF/PLA中CB粒子分布在RF附近,这种纤维搭接的CPCs逾渗值比CB/PLA更低。气敏测试对比研究发现,含RF的导电复合材料在不良溶剂中响应度高,重复性好;在良溶剂中,响应时间长,气敏稳定性好。为制备逾渗值低,气敏性能优良的可降解CPCs提供了新思路。     

聚乳酸/碳纳米管复合材料的结晶及流变性能

采用熔融共混的方法制备了聚乳酸/多壁碳纳米管复合材料(PLA/MWCNTs)复合材料,研究了MWCNTs对复合材料的结晶性能、热性能和流变性能的影响。研究结果表明MWCNTs的加入不会改变其晶型结构,但可起到异相成核作用,降低PLA基体的冷结晶温度,提高结晶度。MWCNTs可显著提高PLA的热稳定性,添加1 wt%MWCNTs的PLA/MWCNTs复合材料的初始热分解温度比纯PLA初始热分解温度提高了28.8℃。在低频区,PLA/MWCNTs复合材料的储能模量和复数黏度随着MWCNTs含量的增加而增加,当MWCNTs添加量为3 wt%时达到PLA/MWCNTs复合材料的流变逾渗值。随着频率的增加,PLA/MWCNTs复合材料仍表现出传统的剪切变稀行为。     

MWCNT分布对POE/PA12复合材料性能影响

采用不同共混顺序制备了两种乙烯–辛烯共聚物(POE)/聚酰胺12 (PA12)/多壁碳纳米管(MWCNT)复合材料,考察了MWCNT含量及分布对POE/PA12复合材料力学性能、电学性能及流变特性的影响。结果表明,MWCNT先与POE共混的复合材料(ENTx)拉伸强度和撕裂强度均比先与PA12共混的复合材料(ANTx)高。ENTx和ANTx复合材料的导电逾渗值分别为体积分数0.29%和0.56%。两种复合材料储能模量曲线均在低频区呈现明显的"第二平台",表现出凝胶化现象,凝胶点对应MWCNT体积分数分别为1.9%和2.1%。MWCNT易于分散在PA12相,ENTx中的MWCNT会从POE相向PA12迁移,最终分布在PA12相、POE相以及两相界面处,而ANTx中的MWCNT不会发生迁移,主要分布在PA12相中。     

退火对聚乳酸/淀粉复合材料性能的影响

以改性木质素(MZS)作为成核剂,通过双螺杆挤出机制备了聚乳酸(PLA)/乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)/淀粉/MZS复合材料。采用差示扫描量热仪(DSC),偏光显微镜(POM),热变形、维卡软化点温度测定仪分析了成核剂和退火处理对PLA/EVA/淀粉复合材料结晶性能及耐热性能的影响。结果表明,MZS是PLA/EVA/淀粉复合体系的一种有效成核剂,在添加1.5%MZS后,复合材料的结晶速率加快、结晶度变大;在未添加成核剂时,PLA/EVA/淀粉复合材料的结晶度为3%,在添加1.5%MZS后,复合材料的结晶度达到47.9%;退火处理可以改善复合材料的耐热性;在105℃退火5 min时,PLA/EVA/淀粉复合体系的维卡软化点和热变形温度分别达到60.4、55.0℃;PLA/EVA/淀粉/MZS复合体系的维卡软化点和热变形温度分别达到80.8、82.8℃。     

退火对聚乳酸结晶及耐热性能的影响

以活化海泡石(ADI-S)为成核剂,通过熔融混合的方法制备了聚乳酸(PLA)/ADI-S复合材料。采用差示扫描量热仪、广角X射线衍射仪、偏光显微镜和热变形、维卡软化点温度测定仪分析了退火条件对PLA结晶性能及耐热性能的影响。结果表明,添加成核剂后,短时间内的退火可大幅提高PLA的结晶度和耐热性能;PLA/ADI-S在90 ℃退火10 min时,其结晶度为53.3 %,维卡软化点为83.3 ℃。     

质子化改性黏土填充PLA复合材料的结构与性能

采用质子化处理改性黏土(ODA-OC)填充聚乳酸(PLA)制备PLA/ODA-OC复合材料,并与常规季铵盐改性黏土(STAB-OC)进行对照,研究了黏土含量对复合材料力学性能的影响,并表征了材料的微观形态、热性能和结晶性能。结果表明,PLA/ODA-OC综合性能优于PLA/STAB-OC,随着ODA-OC含量的增加,材料力学性能先升高后下降,含量为2%时性能最佳。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜分析(SEM)发现,改性后黏土晶层间距增大,在基体中分散性提高。加入少量黏土对PLA耐热性影响不大,但可以促进其结晶。     

聚丙烯/玻璃纤维/导电炭黑复合材料性能的研究

通过熔融挤出的方法,制备了聚丙烯/玻璃纤维/导电炭黑复合材料,并系统研究了不同玻璃纤维和导电炭黑含量对复合材料导电性能、力学性能、收缩率及结晶行为的影响。结果表明,玻璃纤维的加入能促进炭黑形成导电网络,有效降低逾渗阈值;玻璃纤维具有明显的增刚和降低收缩率的作用;且玻璃纤维和炭黑的加入均降低了聚丙烯的结晶能力。     

以聚乳酸为基体的导电高分子复合材料研究进展

概括了导电填料种类、结构及成型方法、工艺条件等因素对单相聚乳酸(PLA)基导电高分子复合材料(CPCs)电学性能的影响,介绍了PLA基多相CPCs中导电填料选择性分布机制和较低逾渗值的机理,总结了PLA基CPCs在有机溶剂中的响应行为,并对材料的应用前景进行了展望。