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。     

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。     

聚丙烯/碳纳米管复合材料的结晶性能以及外场响应行为

本研究通过溶液-熔融共混的方法制备了不同导电填料含量的聚丙烯/碳纳米管(PP/MWCNTs)导电复合材料,通过DSC、SEM和自组装电阻仪详细地研究了PP/MWCNTs导电复合材料的结晶性能与导电性能的关系及其在外场作用下的响应行为.通过溶液-机械共混方式制备的PP/MWCNTs导电复合材料具有较低的导电填料逾渗阈值,约为2.1％(质量分数,下同),并且随着导电填料含量的增加,聚丙烯的导电性能、热力学稳定性和结晶性能显著提高,热力学分解温度从410.1℃提高到了435.2℃.通过分析PP/MWCNTs导电复合材料在单次循环的温度-电阻响应的数据发现,PP/MWCNTs导电复合材料在25～180℃内一直表现为正温度效应(PTC),且最大和最小电阻值基本上未发生明显变化,具有较好的单调性.在多次温度循环实验(25～145℃)过程中,复合材料的电阻率表现出良好的重复性和稳定性.此外,对恒温-电阻响应行为数据进行分析发现,导电网络随时间的变化出现破坏与重组的现象,晶体排斥效应起到了主要作用.随着恒温温度的升高,导电网络的重组时间逐渐延长,从大约5 min延长到了15 min.     

LDPE/EVA/MWCNTs/CF复合材料的电学及流变性能

用熔融共混法制备了低密度聚乙烯(LDPE)/乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)/多壁碳纳米管(MWCNTs)/碳纤维(CF)复合材料。使用高阻计、扫描电子显微镜、旋转流变仪等研究了导电填料及基体组成对材料的电性能和流变性能的影响。发现MWCNTs与CF共同作为导电填料具有协效作用,使得材料其不仅具有渗滤阈值低的特点,并且当填料含量超过阈值时,材料的导电性能相比于纯MWCNTs填充的复合材料电阻率降低了2个数量级。流变测试发现MWCNTS相比于CF对基体分子链运动的限制更为明显,MWCNTs含量的增多会增加材料的黏度并使材料从"类液"的粘弹行为转变为"类固"的粘弹行为。     

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。     

石墨烯纳米片在双连续相聚丙烯/高密度聚乙烯中的迁移行为对其导电性能的影响

通过熔融共混制备了石墨烯纳米片(GNS)/聚丙烯(PP)/高密度聚乙烯(HDPE)导电复合材料。导电行为研究表明,静态热场下复合材料的电阻率随时间延长而下降,并逐渐达到稳定。动态剪切热场作用下,复合材料的电阻率先下降后上升,当180℃剪切8min时,GNS的体积分数为3.4%的50%PP/50%HDPE混合体系电阻率从104Ω·m降低到100Ω·m,下降了4个数量级。剪切时间延长到18min时,其电阻率又升至103Ω·m。超景深显微镜、扫描电子显微镜分析显示,热场作用下GNS从PP基体中向HDPE基体内迁移,且热场+剪切场下的迁移更加明显。通过调控剪切热场的作用时间可有效调节GNS在PP/HDPE双连续相中的分布,进而获得具有较优导电性能的复合材料。     

纳米导电纤维与导电炭黑填充PVC复合材料的电性能研究

对纳米导电纤维(nano-F)及导电炭黑（HG－CB）填充PCV复合材料的电性能进行了研究,当nano-F和HG－CB的填充量分别为20,10份时,复合材料的电阻率急剧下降,其用量继续增加,材料电阻率变化不大。nano-F填充复合材料在20－120℃范围内电阻率基本不变,具有高的电阻稳定性,HG－CB填充复合材料在20－60℃范围内随温度升高阻率逐渐增大,之后随温度继续升高电阻率开始下降,nano-F填充复合材料的伏安特性在不同温度下为欧姆线性关系,而HGC－CB填充复合材料的伏安特性比较复杂。     

石墨/炭黑/改性树脂导电复合材料的电学性能研究

以改性环氧树脂为基体、石墨\炭黑为混合导电填料制备了导电复合材料。分析了材料的导电机理,研究导电填料含量与电阻率之间的关系。结果表明:当石墨为15%、炭黑20%时制备的复合材料具有良好的导电性,电阻率为16.4Ω.cm。同时测试了复合材料的伏安特性曲线,发现其呈现非线性欧姆关系,具有正温度系数效应(PTC)。     

石墨烯/超高分子量聚乙烯复合材料的导电性能

采用氧化还原法制备了石墨烯(GNS),用X射线衍射(XRD)、红外光谱、透射电子显微镜对所得GNS进行了分析和表征。采用溶液混合、超声波分散的方法,制备了GNS/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)导电复合材料,研究了材料的导电渗流行为和阻-温特性。结果表明,溶液混合法可使GNS较好地分散于UHMWPE基体中,复合材料表现出典型的导电渗流行为,其渗流阈值为3.6%(质量分数)。在大于渗流阈值的情况下,复合材料的正温度系数效应(PTC)强度随GNS含量的增加而提高;热循环使得复合材料的PTC强度有所降低。     

MWCNTs/聚氨酯功能涂层的静电喷涂制备和表征

针对现有导电耐蚀涂料存在耐蚀性或导电性不佳、且涂层与基体结合力差的问题,以聚氨酯为基料、多壁碳纳米管(MWCNTs)为导电填料,采用静电喷涂法制备MWCNTs/聚氨酯功能涂层,并借助双电测四探针测试仪、FT-IR、SEM、拉伸实验和静态浸泡法对功能涂层进行表征。结果表明,制得的MWCNTs/聚氨酯功能涂层与基体结合强度大于14.38 MPa,其导电性随MWCNTs含量的增加而增强;当MWCNTs含量低至0.5%时,功能涂层的电阻率为1.11×103Ω·m,远远低于国家标准规定的导静电涂料电阻率;该功能涂层的耐蚀性高于纯聚氨酯涂层,且在MWCNTs含量为0.5%时耐蚀性最高。     

负温下炭黑/树脂复合材料温度敏感特性

对纳米炭黑填充的树脂基导电复合材料负温下的温度响应进行了试验研究。试验发现,该导电复合材料在负温下具有正温度系数(PTC)特性,电阻值随温度的降低而降低,随温度的升高而升高。炭黑含量对其温度敏感性的影响是明显的,35%配方的温度灵敏度最好,随着炭黑含量增大,灵敏度逐渐降低。分析认为,树脂基材料的热胀冷缩是导致该复合材料热敏性的主要原因;炭黑含量越高,材料内部的导电网络越稳定,温度变化对电阻的影响越小。     

HDPE／CB—MWNTs复合材料体系PTC效应

研究了高密度聚乙烯/碳黑-多壁碳纳米管复合材料的正温度系数效应(PTC).结果发现,HDPE/CB-MWNTs复合材料中MWNTs的含量为1%.(质量分数,下同)时复合材料的PTC强度达8.3,室温电阻率仅为1.2Ω·m;而当MWNTs的含量为3%.时复合材料的PTC强度迅速减小到小于3,室温电阻率则变化不大.SEM研究表明导电填料CB或者MWNTs在复合材料中分布均匀.对HDPE/CB-MWNTs复合材料的PTC效应随MWNTs含量的变化原因进行了探讨.     

聚乳酸/石墨/多壁碳纳米管复合材料的制备及性能

通过共溶剂法制备了由石墨(GN)和多壁碳纳米管(MWCNTs)掺杂的聚乳酸(PLA)纳米复合材料,借助扫描电镜等手段,研究了MWCNTs用量对复合材料微观结构、热稳定性、导热和导热性能及介电性能的影响。结果显示,MWC-NTs和GN在PLA基体中形成了稳定的导电和导热网络结构,从而导致复合材料具有较低的导电和导热逾渗阈值,其值约为MWCNTs/GN=0.5/1。MWCNTs和GN均匀分散和协同增强效应促使复合材料热稳定性、导热和导电性能明显提高。与纯PLA相比,填料在逾渗阈值附近的复合材料的初始分解温度提高了近16℃,导热系数提高了1倍,体积电阻降低了109数量级。     

多壁碳纳米管/三元乙丙橡胶复合材料的热电效应及其力学性能研究

以经处理过的多壁碳纳米管(MW-CNTs)为导热导电填料、三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,采用机械共混法制备了MW-CNTs/EPDM复合材料。研究了碳纳米管填料在低填充量(6%)下对复合材料体积电阻率、热导率、热稳定性及力学性能的影响,并通过扫描电镜观察分析MW-CNTs在复合材料中的分布。结果表明:处理后的MWCNTs在EPDM基质中能形成良好的聚合物填料界面,分散均匀,形成有效的导电导热网链。复合材料的体积电阻率随着MW-CNTs填充量的增加而呈数量级的递减,导热系数随之增加,热稳定性提高,填充后的复合材料具有较好的物理机械性能。     

碳纳米管含量对铝基复合材料力学性能的影响

采用搅拌摩擦加工技术制备了多壁碳纳米管增强铝基(MWCNTs/Al)复合材料,研究了碳纳米管含量对复合材料力学性能的影响规律。结果表明,MWCNTs的添加对铝基复合材料的力学性能影响显著,随着MWCNTs含量的增加,MWCNTs/Al复合材料的硬度、弹性模量、强度都逐渐提高;当碳纳米管含量为6.6%(体积分数)时,复合材料强度达218 MPa,为基体材料的2.24倍;随MWCNTs含量的增加,MWCNTs/Al复合材料的塑性逐渐变差,拉伸延伸率逐渐降低,断口韧窝逐渐变小、变浅。     

短纤维/ABS树脂复合材料导电导热性能研究

以沥青基短纤维为填料、ABS树脂为基体,采用热压成型工艺制备了短纤维/ABS树脂复合材料,研究了短纤维在复合材料中的分散形貌及其含量和长度对复合材料导电、导热和抗冲击性能的影响。研究结果表明:短纤维在复合材料中分散较为均匀,可以形成较好的导电和导热网络。复合材料沿垂直热压方向的室温电阻率和热导率随短纤维含量和长度的增加而分别呈降低和升高趋势,其电阻率具有明显的"渗逾"现象,添加0.5mm长的纤维粉的复合材料的导电突变用量约为13wt.%,其电阻率为0.6Ω·m,而填充长度为3mm和6mm短纤维的复合材料的渗逾值约为11wt.%,相应电阻率降低至9.0×10-3Ω·m和1.0×10-3Ω·m。当3mm长短纤维含量为29wt.%时,复合材料的室温热导率为23.3W/m·K,较纯ABS树脂提高了136倍。     

温度对CF/ABS 复合材料导电性的影响

研究了温度对ＣＦ／ＡＢＳ树脂复合材料导电性的影响。所制复合材料的电阻率随温度的升高按指数规律上升,而且,随着复合材料中炭纤维含量的增加,电阻率随温度的变化率逐渐降低。     

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。     

碳纳米管功能化改性聚偏氟乙烯介电复合材料的结构及性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体材料,再分别以酸化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)和未酸化多壁碳纳米管(MWCNTs)为填料,通过熔融法制备了不同填料含量的MWCNTs-COOH/PVDF及MWCNTs/PVDF介电复合材料。分别采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉伸性能测试、电性能测试、差示扫描量热分析(DSC)等方法系统研究了填料含量和碳纳米管酸化前后对复合材料的热性能、力学性能和电性能的影响。XRD测试表明,填料MWCNTs-COOH和MWCNTs的加入促进了PVDF中β晶的生成。力学性能分析表明,MWCNTs-COOH和PVDF形成的界面结合力更强,复合材料的力学强度更高,当MWCNTs-COOH的质量分数为12%时,复合材料的拉伸强度可达64.6 MPa,较纯PVDF提高了24%。介电性能分析表明:未酸化的多壁碳纳米管更容易在PVDF基中构成局部导电网络,促进电子位移极化,提高复合材料的介电常数,并在MWCNTs的质量分数为12%时达到渗流阈值,介电常数达到了286,是纯PVDF的36倍。DSC测试表明,随着填料的增加,介电复合材料的结晶温度、熔融温度和结晶度都相较于纯PVDF得到了提高。     

CB/CNTs/PP导电高聚物力/温度作用下介电性能的研究

以聚丙烯(PP)为基体,炭黑(CB)和碳纳米管(CNTs)为填料,通过熔融共混、注塑成型制备导电复合材料,测定电场频率、填料种类、填料含量以及温度、载荷等因素对其介电性能的影响。结果表明,室温下,随着填料含量的增加,材料介电常数和介电损耗均呈增大趋势;随着频率的增加(100 Hz～10MHz),介电常数和介电损耗首先迅速降低,然后逐渐趋于稳定;随着CNTs的加入,CB/CNTs/PP导电复合材料的介电常数明显增大,但是当填料含量达到某一定值时,继续增大CNTs的含量,介电常数反而下降;同一频率下,随着温度的升高(30～100℃),由热膨胀引起炭黑粒子间距的变化会导致介电常数减小。复合材料压缩实验表明:压缩载荷作用下,材料发生形变,基体中的CB粒子间相对位置改变,引起介电常数减小。