高电导率炭系复合高分子材料的研制

炭黑(CB)、石墨(C)、炭纤维(CF)炭系与基体树脂以特殊的工艺复合改性制得体积电阻率小于0.1Ω.cm的高导电高分子复合材料。研究了不同的复合体系(CB/PP)/SEBS、(PP/SEBS)/CB、(CB/SEBS)/PP及不同的配方与工艺获得的复合材料对导电性能的影响,结果表明,(PP/SEBS)/CB复合体系是最佳加工方式。采用扫描电镜(SEM)、力学性能测试等方法研究了炭系导电材料在PP/SEBS树脂中的分散机理及复合材料的力学性能。实验结果表明炭系复合组分含量为60%的PP/SEBS导电复合材料具有超高电导率、优良的力学性能和加工性能。     

基于共凝聚PTFE/炭黑粒子复合材料的制备和性能

在不使用凝聚剂的情况下采用下压式机械搅拌方式使聚四氟乙烯(PTFE)乳液和炭黑(CB)共凝聚,得到颗粒大小均匀的PTFE/CB粒子,然后用冷压成型和高温烧结工艺制备PTFE/CB复合材料,研究了烧结温度和CB含量对PTFE/CB复合材料的力学性能、导电性能和结晶度的影响。结果表明,烧结温度为390oC时复合材料中形成了均匀分布的微纤结构,力学性能最好;CB的填充明显提高了PTFE的力学性能和导电性能,当CB含量(质量分数)为2%时复合材料的力学性能最佳,拉伸强度从19.1 MPa增加至27.3 MPa,断裂伸长率从420%增加到525%。CB含量提高到3%的PTFE/CB复合材料结晶度最大,且CB在PTFE基体中形成了导电网络,电导率出现"逾渗",PTFE/CB复合材料具有抗静电性能。     

CB/UHMWPE复合材料的制备及导电性能

通过高速机械混磨方法制备了具有分离结构的炭黑(CB)/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,研究了复合材料的形态结构和导电性。结果表明,炭黑粒子可在较短的时间内涂覆在UHMWPE粒子表面。当CB的体积分数为0.6%时,复合材料的电导率提高了14个数量级,而渗流阈值仅为0.4%(体积分数,下同)。研究了热压工艺对导电复合材料电性能的影响,随热压时间的延长,复合材料的电导率出现下降趋势。     

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。     

抗菌抗静电型PP/CB复合材料的制备及性能研究

通过熔融共混制备抗菌及抗静电型PP/CB复合材料,研究了抗菌剂(美灵康乐)、抗静电剂(导电炭黑)对PP/CB复合材料的抗菌性能、电性能和力学性能的影响。结果表明,质量分数为0.8%抗菌剂在PP基体中分散均匀,力学性能基体不受影响,对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌等的抗菌率都在80%以上,表现出良好的抗菌性能。少量导电炭黑对PP/CB复合材料的力学性能具有一定的补强作用。当导电炭黑的质量含量为30%时,PP/CB复合材料的表面电阻降低至108Ω以下,达到了抗静电材料的要求。     

炭黑/碳纳米管填充硅橡胶的制备及压阻性能研究

采用静电组装技术,制备"葡萄串"结构的炭黑(CB)/多壁碳纳米管(MWCNT)(CB/MWCNT)纳米复合材料,并以其作为导电填料,经混炼、压延和硫化后,制备柔性导电硅橡胶(SR)复合材料。分别以透射电子显微镜,扫描电子显微镜和压力-电阻测试研究不同配合比和掺量的CB和MWCNT的组装效果、分散状态和压阻特性。结果表明,CB和MWCNT的体积配合比为3∶2条件下,静电组装效果最好,静电组装形成的"葡萄串"结构,可以提高CB/MWCNT/SR的导电性和压阻特性,CB/MWCNT/SR的渗流阈值为22%,施加25N压力条件下,电阻率下降约30%,CB/MWCNT/SR表现出良好的压阻特性。     

熔融酯交换法原位合成炭黑/聚碳酸酯导电复合材料

利用原位聚合法合成具有导电性能的炭黑(CB)/聚碳酸酯(PC)复合材料。在聚合反应过程中, CB与PC在较低黏度下更好地混融, 而且通过负载催化剂连接CB和PC分子, 使CB参与PC链增长过程, 从而使CB有效分散。与传统的熔融共混法相比, 利用原位聚合法制备的CB/PC导电复合材料的渗滤阈值低, 当复合材料的体积电阻率为1.56×10⁶ Ω·mm时, CB的质量分数仅为4.32%。通过SEM观察发现, 原位法得到的样品中CB与PC充分混融, 形成导电网络更充分有效。利用原位聚合法得到的样品的正温度系数(PTC)的对数值达到4.69, 具有作为自控温材料的潜力。     

超声分散制备天然橡胶/丁苯橡胶/炭黑/碳纳米管纳米复合材料

通过超声分散制备了分散均匀的碳纳米管(CNTs)/天然橡胶母料,利用母料制备了天然橡胶(NR)/丁苯橡胶(SBR)/炭黑(CB)/碳纳米管复合材料。通过比较常规搅拌、双辊混炼和超声分散三种方法对碳纳米管的分散及对复合材料性能的影响,表明超声分散能实现碳纳米管在基体中均匀分散,CNTs和CB的协同作用提高了复合材料的力学性能,当CB/CNTs之比为37/3时力学性能最高,与未加CNTs增强的体系相比,拉伸强度提高了6.4%。当CNTs含量为7phr,与未加CNTs的体系相比,压缩模量提高了20%。     

炭黑填充BST/PVDF复合薄膜的制备与介电性研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物基体,钛酸锶钡(BST)为陶瓷相,成本低廉的导电炭黑(CB)为导电相。采用流延加低温热处理的方法制备了一系列高介电柔性复合薄膜。利用阻抗分析仪对薄膜的介电性进行了测试,结果表明,炭黑的填充能有效提高复合材料的介电性能,当体积分数接近渗流阈值6.2%时,CB/BST/PVDF复合材料的介电常数、介质损耗、电导率急剧增加。结合经典渗流理论研究了材料在渗流转变时介电性变化特征及微观机理,利用微电容模型、界面极化理论对这一现象进行解释。     

聚降冰片烯的电热双驱动形状记忆性能

以聚降冰片烯(PNB)为基体,分别加入导电炭黑(CB)和碳纤维(CF)制备PNB复合材料,通过对材料进行电性能表征及差示扫描量热分析仪、动态力学性能频谱仪等分析,探究PNB复合材料的电性能、力学性能和电热双驱动形状记忆效应。结果表明,导电CB和CF的添加量达到一定时,PNB复合材料内部均会形成不同程度的导电通路;同导电CB相比,CF自身具有较高的强度和模量,使得复合材料具有更加优异的力学性能;加入导电CB后形成的导电网络更为完善,少量的导电CB在保证复合材料具有优异力学性能的同时兼具良好的形状记忆性能。     

熔融酯交换法原位合成炭黑/聚碳酸酯导电复合材料

利用原位聚合法合成具有导电性能的炭黑(CB)/聚碳酸酯(PC)复合材料.在聚合反应过程中,CB与PC在较低黏度下更好地混融,而且通过负载催化剂连接CB和PC分子,使CB参与PC链增长过程,从而使CB有效分散.与传统的熔融共混法相比,利用原位聚合法制备的CB/PC导电复合材料的渗滤阈值低,当复合材料的体积电阻率为1.56×106 Ω ·mm时,CB的质量分数仅为4.32％.通过SEM观察发现,原位法得到的样品中CB与PC充分混融,形成导电网络更充分有效.利用原位聚合法得到的样品的正温度系数(PTC)的对数值达到4.69,具有作为自控温材料的潜力.     

聚酰亚胺表面处理玻璃纤维/环氧树脂复合材料力学性能

采用浇铸成型工艺制备含0.5wt%、长度分别为1 mm、3 mm、5 mm的短切玻璃纤维/环氧树脂（GF/EP）复合材料,研究含活性酚羟基和不含酚羟基的两种聚酰亚胺（PI）处理GF表面对纤维束拉伸强度及GF/EP复合材料力学性能的影响,并进一步研究PI处理GF对复合材料热性能的影响。研究结果表明,经过PI处理的GF,集束性和拉伸强度得到提高。含活性酚羟基聚酰亚胺（PI1）处理的GF拉伸强度由原丝束的517 MPa提高到1 032 MPa,不含酚羟基聚酰亚胺（PI2）处理的GF提高到986 MPa。当PI1处理的GF长度为3 mm时,GF/EP复合材料的力学性能最好,拉伸强度比未处理的提高23.62%,拉伸模量提高34.03%,弯曲强度提高28.74%,断裂韧性提高13.04%;PI2处理的GF,GF/EP复合材料拉伸强度提高15.87%,拉伸模量提高23.70%,弯曲强度提高14.11%,断裂韧性提高4.05%。此外,PI处理GF对GF/EP复合材料热性能也有一定程度的提高。     

用定向冷冻干燥法制备具有一维取向微孔结构的炭黑/聚乙烯醇导电复合材料

通过定向冷冻干燥法,制得了具有一维取向微孔结构的导电炭黑(CB)/聚乙烯醇(PVA)复合材料。对CB/PVA复合材料的导电性测试结果表明,该复合材料的导电逾渗行为并不完全符合经典的逾渗理论。由于CB/PVA复合材料特殊的取向微孔结构和炭黑于PVA基体的非均匀分布,使得其电阻率临界指数t值高于经典的逾渗理论的取值范围。     

单壁纳米碳管/聚酰亚胺复合材料的制备及导电特性

采用熔融聚合法和反复机械拉伸法,制备出定向排列单壁纳米碳管(SWNTs)/聚酰亚胺(PI)复合材料。研究了纳米碳管在复合体中的排列和分散情况。讨论了填充纳米碳管的质量分数对复合材料导电性能的影响,发现SWNTs填充质量分数很少时,复合体系呈现渗流行为,表现出良好的导电性和各向异性,其电导率随着填充纳米碳管的质量分数增加,电导率增大,而且在其拉伸方向比其垂直方向显示出较高的电导率,沿着其拉伸方向的渗流阈值比其垂直方向要低,说明单壁碳纳米管在复合物材料中呈现出良好的排列和均匀分散。     

碳系填充型导电聚氨酯弹性体性能研究

以预聚体法制备了导电聚氨酯弹性体,分析了乙炔炭黑、超导炭黑、多壁碳纳米管和纳米石墨4种导电填料以不同含量在复合材料中的内部结构形态,并研究了复合材料的体积电阻率、力学性能及热稳定性。通过分析添加量与体积电阻率的关系得到4种复合材料的渗滤阈值,对比分析了复合材料的硬度、拉伸强度和扯断伸长率,采用热重分析仪对热分解过程进行研究和探讨。结果表明:导电填料粒径越小,比表面积越大,可在较低含量时达到渗滤阈值。添加多壁碳纳米管的复合材料,其力学性能得到有效提高。在最大失重阶段的热分解上,超导炭黑填充型材料分解温度为435±3℃,较其他复合材料高20℃左右,具有较好的高温热稳定性。     

耐高温聚酰亚胺导电复合材料的性能

采用涂膜法制备了以碳纳米管(CNTs)、乙炔黑和石墨粉为导电填料的聚酰亚胺(PI)导电复合材料,研究了其电学性能、力学性能和粘接性能。结果显示,PI/CNTs导电复合材料有较好的综合性能。     

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。     

石墨烯/尼龙66导电纳米复合材料的制备与性能研究

通过溶液共混法制备了石墨烯(G)/尼龙66(PA66)复合材料,通过热压得到了导电纳米复合材料试样。改变石墨烯在尼龙66中的含量,制备了不同比例的G/PA66复合材料,通过室温电导率测试发现,当石墨烯含量达到1.338%(体积分数)时,复合材料的直流体积电导率上升到9.72×10~(-3)S/m,导电渗流阚值为0.734%(体积分数);复合材料的交流体积电导率和介电常数也随石墨烯含量的上升而增加。研究表明:分散良好的石墨烯显著提高了复合材料的导电性。采用扫描电镜(SEM)、万能力学试验机及热重分析仪(TGA)对复合材料的微观形貌、力学性能、热稳定性进行了研究。结果表明,复合材料的拉伸模量升高,热稳定性增强。     

原位聚合法制备炭黑/聚甲基丙烯酸酯导电复合材料

通过原位聚合法制备了炭黑/聚甲基丙烯酸甲酯(CB/PMMA)、炭黑/聚甲基丙烯酸丁酯(CB/PB-MA)和炭黑/聚甲基丙烯酸2-乙基己酯(CB/PEHMA)三种导电复合材料,研究了这三种聚合物基体对复合材料的导电性影响。结果表明:由于炭黑的阻聚作用,当复合材料的炭黑含量增加时,均聚物的数均分子量呈下降趋势,多分散性系数PDI变大。而且炭黑粒子表面发生了接枝聚合反应,这有利于炭黑粒子在聚合物基体中的分散。当聚合物基体的玻璃化温度Tg较高时,复合材料逾渗阈值较低。     

双导电相硅橡胶力敏材料的制备与电性能分析

为了获得具有较好压阻稳定性和重复性的力敏复合材料,在炭黑/硅橡胶复合体系中加入纳米氧化钌,完善补充导电相的同时加固硅橡胶交联网络。采用溶剂热还原法制备金属钌纳米颗粒,在空气中热氧化,得到尺寸为数十纳米的氧化钌颗粒;采用溶剂共混的方法制备炭黑/硅橡胶共混胶,用研磨分散的方法将纳米二氧化钌加入炭黑/硅橡胶共混胶中,硫化成型后得到氧化钌(RuO2)-炭黑(CB)/硅橡胶(MVQ)双导电相复合材料。采用自建的压阻性能测试系统测试了复合材料的压阻性能,测量结果表明,CB/MVQ体系中加入一定用量的RuO2其压阻重复性变好,压阻蠕变性得到改善;用扫描电镜、透射电子显微镜分析了复合材料的微观结构,并用能谱分析结合电子衍射图证明了纳米氧化钌以纳米结构存在于复合材料中,丰富和完善了炭黑导电网络,加固了硅橡胶交联网络,这些因素是导致压阻重复性提高的主要因素。