隔离结构CB/HDPE复合材料结构及温敏性研究

以炭黑(CB)为导电填料,高密度聚乙烯(HDPE)为基体,通过机械研磨-超声分散-热压成型法成功制备出具有隔离结构的CB/HDPE导电高分子复合材料。结果表明,CB粒子选择性地分布于HDPE粒子界面,体系形成良好的隔离结构导电网络;与普通CB/HDPE复合材料相比,隔离结构CB/HDPE导电材料具有较低的逾渗值;温敏行为研究发现,隔离结构的CB/HDPE复合材料的温度-电阻曲线呈现出特殊的双峰现象。     

纳米抗静电无卤阻燃PE–UHMW复合材料的研制

利用偶联接枝对纳米炭黑粒子表面处理,通过反应型增容载体载附纳米炭黑,将处理后的纳米炭黑及纳米复配阻燃剂用于改性超高分子量聚乙烯(PE–UHMW),制备出纳米抗静电无卤阻燃PE–UHMW复合材料。通过体积电阻率测试、燃烧性能测试、热重分析及扫描电子显微镜分析对该材料的导电性能、阻燃性能、热性能等进行了研究。结果表明,纳米炭黑分布在PE–UHMW球晶间缝隙处和球晶内微纤间缝隙处的非晶区内,形成了纳米级双导电网络,这种立体穿插纳米尺度均匀分布,在低炭黑含量情况下就形成稳定的导电通路,起到了抗静电作用;制备的纳米抗静电无卤阻燃PE–UHMW复合材料,其燃烧时形成高效、致密、厚实的炭层,可有效地隔绝空气,起到阻燃作用。     

PP/POE/CB半导电屏蔽复合材料的制备和性能

研究了导电炭黑含量和聚乙烯-辛烯弹性体接枝马来酸酐(POE-g-MAH)的加入对热塑性半导电屏蔽材料,即聚丙烯烯/聚乙烯-辛烯弹性体/炭黑(PP/POE/CB)复合体系的体积电阻率和力学性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)分析了POE-g-MAH的加入对PP基热塑性半导电屏蔽复合材料断面形貌的影响。利用转矩流变仪对复合材料的流变性能进行了研究。结果表明,PP/POE/CB热塑性半导电屏蔽复合材料的逾渗现象与炭黑粒子在聚合物基体中的分布状态有关,POE-g-MAH的加入可以进一步降低复合材料的体积电阻率;随着导电炭黑含量的增加,复合材料的拉伸强度均呈现先增加,后降低的趋势,当炭黑用量为30%时,拉伸强度达到最大值。PP/POE/CB热塑性半导电屏蔽复合材料具有较高的导电性能、力学性能、较高的熔体流动速率及良好的加工流动性。     

聚合物熔体黏度对炭黑/PP/HDPE复合材料导电性能的影响

采用转矩流变仪将质量分数为3%的导电炭黑(CB)分别添加到由熔体黏度不同的3种聚丙烯(PP)和3种高密度聚乙烯(HDPE)两两混合组成的共混物中,制备出9种不同的CB/PP/HDPE导电复合材料。在双逾渗理论的基础上,研究了两种聚合物的黏度对复合材料双逾渗过程及其导电性的影响。结果表明,CB/PP/HDPE体系中聚合物的熔体黏度主要是通过影响CB在两种基体中的分布以及CB富集相的微观形貌而分别影响复合材料的两次逾渗过程,从而改变材料的导电性。另外,研究发现在CB/PP/HDPE体系中,PP相对于HDPE的熔体黏度越高,则形成的复合材料导电性越好。     

微层共挤出PP/PPCB导电复合材料的结构与导电性能

利用实验室自行设计制造的微纳叠层共挤出成型设备制备了具有交替层状结构的聚丙烯(PP)/炭黑填充聚丙烯(PPCB)导电复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)和绝缘电阻测试仪研究了微层共挤出复合材料的形态结构及其对复合材料导电性能的影响。研究结果表明,通过微层共挤出技术,PP层与PPCB层沿挤出方向呈现连续交替层状分布,且层与层平行排列;PP/PPCB复合材料的逾渗阀值约为7%,比传统共混方法制备的导电复合材料降低了约5%。对于PP/PPCB结构多层试样,导电效果的好坏由CB含量更高的PPCB体系决定。此外,微层结构复合材料的导电性能与复合材料的层数相关。     

OMMT对PE–HD/CB导电复合材料电性能的影响

以炭黑(CB)为导电填料,高密度聚乙烯(PE–HD)为基体,有机蒙脱土(OMMT)为有机粒子,通过熔融共混法分别制备了PE–HD/CB与PE–HD/CB/OMMT导电复合材料,并研究了OMMT的加入对导电复合材料中CB分布的均一性及材料电性能的影响。研究发现,适当OMMT的加入可以改善CB在导电复合材料中的分布状态,在保持电性能的基础上降低导电复合材料的渗流阈值;当OMMT质量分数为3%时,PE–HD/CB/OMMT导电复合材料的渗流阈值为3.7%,与未添加OMMT的PE–HD/CB导电复合材料渗流阈值4.0%相比有所降低。在此基础上,选取PE–HD/CB导电复合材料(CB质量分数为5%)并测定其PTC强度为0.26;后加入质量分数为3%的OMMT,测得PE–HD/CB/OMMT导电复合材料(CB质量分数为5%)的PTC强度为0.79,后者有所提高。     

隔离-双逾渗结构GNS/HDPE/UHMWPE导电复合材料研究

通过溶液和机械搅拌混合的方法,成功制备出具有隔离-双逾渗结构的GNS/HDPE/UHMWPE复合材料,使用低含量的高密度聚乙烯(HDPE)作为石墨烯(GNS)载体,分布于超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)粒子界面。形貌观察显示:在复合材料中形成一种特殊的二维隔离-双逾渗结构导电网络,在极低GNS含量下(体积分数0.05%)达到导电逾渗值。GNS/HDPE/UHMWPE复合材料的拉伸强度随着GNS含量的增加,呈现先增后减的趋势,而其拉伸模量则随GNS增加而提高。     

超临界CO_2微孔发泡PE–LLD/PE–UHMW共混物

研究了线型低密度聚乙烯(PE–LLD)/超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)共混物的超临界CO2微孔发泡行为,探讨了PE–UHMW含量、发泡温度和饱和压力对泡孔形貌的影响。采用差示扫描量热仪和旋转流变仪对PE–LLD及其共混物的热性质和流变性质进行了测试和表征,并通过扫描电子显微镜表征和分析了发泡样品的泡孔形貌。结果表明,少量PE–UHMW的加入可以显著降低PE–LLD发泡样品的孔径,增加孔密度。随着发泡温度的升高,PE–LLD样品的泡孔结构会发生塌陷现象,而加入少量PE–UHMW可以提高基体的黏度,起到支撑孔壁防止塌陷的作用,并最终得到均匀的开孔结构。另一方面,当温度一定时,饱和压力升高可以降低孔径并且得到开孔形貌的泡孔结构。     

石墨烯及氧化石墨烯增强PE–UHMW复合材料进展

从力学性能、化学稳定性和摩擦学性能3个方面,叙述了石墨烯及氧化石墨烯增强超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)复合材料的研究现状。根据PE–UHMW复合材料所表现出来的优异性能可知,新型复合材料拥有优异的力学性能,在不远的将来将会取代目前广泛使用的交联聚乙烯材料,并将获得举足轻重的地位。     

模压成型工艺对PE–UHMW结晶度和耐磨性能的影响

在3.6 MPa的初始模压压力下,分别改变模压温度、模压时间和冷却方式对超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)进行了模压成型,研究了PE–UHMW模压成型工艺对其结晶度和耐磨性能的影响。结果表明,在不同的模压温度或模压时间下,PE–UHMW结晶度与耐磨性能的变化没有理想的对应关系;但从整体结果可以得出,较高模压温度或较长的模压时间会导致PE–UHMW结晶度降低,耐磨性能变差。模压温度为230℃、模压时间为30 min时,PE–UHMW的耐磨性能最好。不同冷却方式对PE–UHMW结晶度的影响较小,对耐磨性能的影响较大。采用较低的冷却速率并在PE–UHMW结晶温度下保温30 min,可以得到耐磨性能优异的PE–UHMW。     

热拉伸过程中PE–UHMW/PE–HD共混纤维的晶体结构演变

将超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)与高密度聚乙烯(PE–HD)按照质量比为6︰4进行共混熔融纺丝,并对初生丝进行高倍热拉伸制得PE–UHMW/PE–HD共混纤维。利用广角X射线衍射、差示扫描量热、声速取向试验等方法研究了PE–UHMW/PE–HD共混纤维在热拉伸过程中的晶体结构演变过程。研究显示,随着热拉伸过程的进行,纤维的分子链沿纤维的轴向取向度逐渐增加,熔融峰温度逐渐升高,结晶度逐渐增加;沿径向的晶粒尺寸逐渐减小,而沿轴向的晶粒尺寸逐渐增加,即形成了更细长的晶粒;晶体的取向度逐渐增加。当拉伸倍数由1增大至6时,上述现象变化显著,当拉伸倍数由9增至15时,上述现象变化缓慢。与PE–HD共混后的纤维结晶度、晶体取向度和分子链取向度更高,晶粒更加细长。     

EP/三维编织PE–UHMW纤维复合材料的摩擦磨损性能

以三维编织超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)纤维为增强体,环氧树脂(EP)为基体,通过树脂传递模塑工艺制备了EP/三维编织PE–UHMW纤维复合材料,研究了纤维含量和载荷对复合材料摩擦系数与磨损率的影响,并采用扫描电子显微镜对复合材料磨损表面进行了分析。结果表明,随着纤维体积含量的增加,复合材料的摩擦系数和磨损率逐渐减小;随着载荷的增大,复合材料的摩擦系数逐渐减小,但磨损率增大;复合材料的磨损机制以粘着磨损为主。     

PA6/POE-g-MAH/PE–UHMW材料的制备及性能

以耐热改性组分尼龙6(PA6)为基体材料,超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)为综合性能平衡组分,增韧剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)为相容剂,制得PA6/PE-UHMW/POE-g-MAH三元复合材料。研究结果表明,POE-g-MAH的加入可改善PA6的韧性,但降低了PA6的拉伸强度,随着POE-g-MAH加入量增加,PA6断裂伸长率逐渐增加,当添加量为30%时,断裂伸长率达到最大值397%,拉伸强度为39 MPa。PE-UHMW组分不仅提高了复合材料的拉伸强度和韧性,同时改善了其耐水解性能。当PA6∶POE-g-MAH∶PE-UHMW=70∶30∶10时,断裂伸长率提高至477%,拉伸强度为42 MPa。通过扫描电子显微镜分析观察复合材料的微观形态,发现在PA6基体中POE-g-MAH和PE-UHMW形成"核–壳"结构,对PA6韧性的提高起到了协同作用。     

聚丙烯/炭黑复合材料的导电逾渗行为和PTC特性

以聚丙烯(PP)为基体、炭(黑CB)为填料制备复合材料,研究了不同CB种类的PP/CB复合材料的导电逾渗行为和电阻正温度系数效(应PTC)特性,同时利用扫描电镜对复合材料的微观形态进行了分析。结果表明:CB的结构性越高,比表面积越大,则其填充的复合材料逾渗阈值越低,PP/VulcanXC-72体系的逾渗阈值约为2.5%,而PP/40B2体系约为3.5%;CB的比表面积越小,结构性越低,则相同质量分数时其填充的复合体系的PTC强度越大P,P/40B2体系的PTC强度大于PP/VulcanXC-72体系。     

PE–UHMW/MWCNT复合纤维的制备及性能研究

对多壁碳纳米管(MWCNT)进行表面有机化改性处理后,采用向纺丝溶剂中滴加纳米粒子悬浮液的混合方式,制备了超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)/MWCNT复合纤维。通过紫外分光光度计、扫描电子显微镜、热台偏光显微镜分析了MWCNT在基体中的分散情况,并利用X射线衍射、力学性能测试、差示扫描量热分析、热重分析等测试方法对复合纤维的结构及性能进行了表征分析。结果表明,MWCNT分散良好的复合纤维,其力学性能得到了提升,耐热性和耐蠕变性也得到了不同程度的改善。     

聚乙烯/膨胀石墨复合材料的结构和导电行为

研究了用溶液混合(SM)和熔融混合(MM)法制备的PE／gPE／EG(m[gPE]／m[EG]=3／2)复合材料的交、直流导电行为及其与结构形态的关系。结果表明：与MM法制备的复合材料相比，SM法制备的复合材料的逾渗阈值(ωC)降低一半以上，在膨胀石墨(EG)质量分数(ωEG)接近ωc的情况下，交流伏-安特性的非线性指数减小，直流电阻-温度特性的眦强度也明显降低；上述导电行为的差异可由结构形态的差异来说明。     

取向微孔结构的PVA/CB导电复合材料对流动有机蒸汽的响应行为

通过定向冷冻干燥法,制备了取向微孔结构的导电聚乙烯醇/炭黑(PVA/CB)复合材料。研究分析了该导电复合材料的微观结构、逾渗行为及其对有机蒸汽的响应行为。结果表明:大量的CB聚集体不均匀地分布在该PVA/CB复合材料的微孔壁上,并且孔壁之间的CB搭接成较完善的导电通路,通过计算可得出该导电复合材料的逾渗阈值为16.9%;该PVA/CB复合材料在流动的四氢呋喃(THF)、丙酮、丁酮和苯蒸汽中的最大响应率分别为204、183、95、44,其响应率的不同是由于这4种有机蒸汽对PVA基体具有不同的溶胀效果。     

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。     

超倍热拉伸PE–UHMW干法纤维的结构与性能

以黏均分子量为600万的超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)树脂为原料,通过干法路线纺丝制备出了具有较高拉伸性能的PE–UHMW纤维。测试研究了纤维在热拉伸过程中的力学性能变化,发现纤维在拉伸40倍时断裂强力出现最大值。利用动态扫描量热、X射线衍射、扫描电子显微镜表征了PE–UHMW纤维在拉伸过程中结构变化,分析了结构变化对力学性能的影响,发现过高的拉伸倍数反而会破坏纤维的结晶结构从而导致断裂强力的下降。最后对热拉伸中纤维微观结构变化机理进行了推导。