MWNTs/HDPE复合体系在太赫兹波段的光电性质

利用太赫兹时域光谱技术和电导测量研究了多壁碳纳米管/高密度聚乙烯(MWNTs/HDPE)复合体系的光电性质. 直流电导率结果表明, 复合体系的逾渗阈值在5%左右; 交流电导率则随频率的变化出现一个拐点, 拐点的位置与颗粒浓度以及导电颗粒的存在状态密切相关. 加入碳纳米管后, 复合体系在太赫兹波段的吸收系数和折射率均有很大的提高. 通过假定在此波段导电颗粒在聚合物中的介电行为类似于偶极子的弛豫, 利用Cole-Cole理论对复合材料的介电性质进行了解释.     

聚丙烯/石墨纳米复合材料的导电性能研究

磨盘碾磨固相剪切复合技术(S3C)是制备聚合物 石墨导电复合材料的有效途径,所得聚丙烯 膨胀石墨复合材料具有纳米插层复合结构,石墨纳米片层的相互搭接可形成导电网络,具有纳米间隙的石墨插层结构可形成隧道电流,从而大幅度降低复合体系的导电逾渗阈值,在低填充量实现聚合物复合材料高电导性,与熔体共混相比,导电逾渗阈值由4 .3vol%降低到0 . 5 5vol% ,在石墨含量为4 .0 1vol%时,电导率提高10个数量级.     

多壁碳纳米管填充聚苯乙烯熔体的恒温依时性动态模量逾渗行为

在恒温(170～190℃)热处理过程中,多壁碳纳米管(MWCNTs)填充聚苯乙烯(PS)熔体发生动态模量逾渗(DMP)行为,且该行为服从时-温叠加(TTS)原理.MWCNTs体积分数(φ)低于逾渗阈值(φc)时,填充熔体在恒温热处理过程中保持类液行为,热处理对MWCNTs分散状态无显著影响,动态储能模量(G')与动态损耗模量(G″)活化能(EG'与EG″)分别高于、低于PS黏流活化能(Eω),而与PS熔体恒频动态模量活化能相一致;φ>φc时,热处理促成MWCNTs进一步团聚,填充熔体在热处理过程中发生类液-类固转变,EG'与EG″均低于Eω,而动态逾渗时间活化能(Et'与Et″)显著高于Eω且随φ增高而增大.在逾渗转变区,EG'与EG″发生不连续变化.PS/MWCNTs复合体系的恒温依时DMP行为与MWCNTs聚集所导致的三维弹性网络的形成密切相关,PS大分子终端松弛不是决定DMP的关键因素.     

MWCNTs与疏水纳米SiO_2填充PMMA/PS共混物的导电与动态流变行为

以多壁碳纳米管(MWCNTs)为导电填料、疏水纳米二氧化硅(SiO2)为非导电填料,填充不相容聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/聚苯乙烯(PS)(1/1,V/V)共混物,制备(PMMA/SiO2)/(PS/MWCNTs)四元导电高分子复合材料(CPC),研究其导电逾渗与动态流变行为,并与PMMA/(PS/MWCNTs)三元CPC进行对比.发现三元、四元CPC具有类似的导电逾渗行为,且逾渗阈值显著低于PS/MWCNTs二元CPC.在四元CPC中,SiO2粒子可细化相区尺寸,提高熔体模量,但不影响熔体热处理过程中的依时性动态导电逾渗行为.MWCNTs与SiO2均显著影响熔体热处理中的依时性模量逾渗行为,分别缩短、延长四元CPC相粗化起始时间,但均延长相粗化时间区间.     

粒子填充HDPE复合体系动态流变行为研究

研究了炭黑(CB)和石墨(GP)填充高密度聚乙烯(HDPE)复合体系的动态流变行为.发现高填料含量时出现似固体行为,并认为它归因于无机粒子网络逾渗结构的形成.在相同聚合物基体条件下,粒子种类和粒子几何参数(粒子形状、大小、粒径分布)对低频区域流变行为、流变参数的逾渗行为和逾渗阈值(φ_c)有决定性影响,且种类的影响相比于粒子几何参数更为显著.此外,高表面活性及高比表面积(大径厚比、小尺寸)粒子填充体系具有较低的φ_c.     

iPP/HDPE/CB三元导电复合材料的导电与流变行为

利用界面能原理使CB选择性分布于HDPE中成为复合导电相,固定CB在HDPE中的质量分数(20 wt％),控制CB/HDPE导电相在iPP中的含量,制备出一系列三元(iPP/HDPE/CB)导电复合材料,并研究其导电逾渗和流变逾渗行为.结果表明,在复合导电相含量为20 wt％时复合材料内即形成导电网络,在复合导电相含量30 wt％时出现流变网络.只有当复合导电相在材料中形成连续相时(60 wt％),损耗因子在频率扫描中才出现峰值.     

石墨与聚苯乙烯的纳米复合过程研究

石墨具有电导率高、化学稳定性好等优点 ,被广泛应用于聚合物 石墨复合导电材料[1～ 3] .石墨作为聚合物导电填料一般以粉末形态居多 .用粉末状石墨填料往往需要较高的填充量才能得到理想的导电性能 .石墨也可以制备成膨胀石墨 ,将它与聚合物复合 ,可以大幅度降低石墨的填充量 .如一般粉末状石墨填料与聚合物复合制备的导电材料其逾渗阀值为 1 5 %～ 2 0 % ,电导率达到 1 0 -4 ～1 0 -7Ｓ ｃｍ[4 ] ;而若采用膨胀石墨方法 ,逾渗阀值则低于 3% ,电导率可达到 1 0 -2 Ｓ ｃｍ以上[5～ 7] .Ｐａｎ等[7] 报道用膨胀石墨与聚合物复合得到纳米复合…     

电响应聚合物薄膜的表面图案化

研究了炭黑(CB)和石墨(GP)填充高密度聚乙烯(HDPE)复合体系的动态流变行为.发现高填料含量时出现似固体行为,并认为它归因于无机粒子网络逾渗结构的形成.在相同聚合物基体条件下,粒子种类和粒子几何参数(粒子形状、大小、粒径分布)对低频区域流变行为、流变参数的逾渗行为和逾渗阈值(φc)有决定性影响,且种类的影响相比于粒子几何参数更为显著.此外,高表面活性及高比表面积(大径厚比、小尺寸)粒子填充体系具有较低的φc.     

加工工艺对气相生长碳纤维填充聚苯乙烯复合体系导电逾渗与动态流变特性的影响

研究了加工工艺对气相生长碳纤维(VGCF)填充聚苯乙烯(PS)复合体系导电逾渗与动态流变特性的影响.结果表明,低转速、短时间混合有利于VGCF形成较为完善的逾渗网络结构,其复合体系逾渗阈值低、导电性能好.使用作者提出的两相模型描述VGCF/PS复合体系的流变特性,发现低转速、短时间(30 r/min、5 min)混合条...     

流变-导电同步测试法研究炭黑填充高密度聚乙烯的等温结晶行为

采用流变-导电同步测试法,研究炭黑(CB)填充高密度聚乙烯(HDPE)在124.3～125.3℃范围的等温结晶行为,发现应变、频率与预降温速率均显著影响等温结晶过程中动态流变与导电行为.动态储能模量(G')与电阻均在结晶过程中发生显著变化.其中,CB粒子在熔体中发生扩散,造成原有逾渗网络结构破坏,导致复合体系电阻在结晶诱导期内增大.随结晶度增加,G'在结晶诱导期附近开始显著增大,其临界时间对应1%～2%相对结晶度;同时,CB粒子在无定形区相互聚集而形成渗流网络结构,使得复合体系电阻显著降低.电阻的变化被认为与CB粒子在熔体中的迁移以及在HDPE晶体生长过程中的聚集行为有关,且比依时性动态流变行为更敏感.     

纤维状填料/HDPE复合体系的导电渗流与流变渗流行为的关系

研究了纤维状导电材料不锈钢纤维(SSF)填充高密度聚乙烯(HDPE)导电复合体系的导电渗流与流变渗流行为之间的关系,并与颗粒状导电颗粒炭黑(CB)/HDPE导电复合体系进行了比较.发现当SSF含量极低(0.3vol%)时,SSF/HDPE体系即发生导电渗流现象,且导电渗流转变区域极窄;而仅当SSF含量达到4.8vol%时,该复合体系才表现出流变渗流现象,这一结果与CB/HDPE体系及纳米级导电纤维填充体系截然不同.此外,通过正温度系数效应的研究发现SSF形成的导电通路稳定性高于CB/HDPE体系.我们认为,SSF/HDPE体系呈现的这些特点均与SSF较大的直径及长径比且其导电通路及流变渗流网络的形成机理不同有关.     

CB/HDPE导电复合体系中Kerner-Nielson方程修正及电渗流与粘弹渗流的相关性

随着导电填料含量的增加,聚合物导电复合材料的电导率呈现非连续的递增.当填料含量达到渗流阈值并导致渗流现象出现时,导电填料相互聚集并形成网络,体系电导率急剧增大,关于此类电渗流现象已有很多报道^[1～4].填充类导电复合材料的结构和性能与其粘弹性密切相关.近年来,由于炭黑填充使得许多光学方法失效,流变学方法受到了广泛重视.最新的研究发现,非均相结构的出现和演化对浓度的依赖性有着特征流变响应,是一种粘弹渗流现象^[5～7].     

碳纳米管/炭黑混杂填充聚甲醛复合材料导电性能研究

采用在转矩流变仪中熔融混合的方法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)和导电炭黑(CB)共同填充的聚甲醛(POM)导电复合材料,研究了材料的体积电阻率和导电填料用量之间的关系.用该体系的实验数据点对已发表的混合导电填料体系的定量关系式进行了验证,结果表明实验数据点和理论预测略有偏差.为方便实际应用,把混合导电填料体系的定量关系式加以发展,推导出逾渗值和两种导电填料质量比之间的关系式,并绘出了工作曲线.设计实验对工作曲线进行了验证,结果表明工作曲线对实践具有指导意义.     

Multi walled carbon nanotubes induced viscoelastic response of polypropylene copolymer nanocomposites: Effect of filler loading on rheological percolation

Polypropylene random copolymer nanocomposites having 0.2–7.0 vol% multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were prepared via melt processing. Transmission electron microscopy (TEM) was employed to determine the nano scale dispersion of carbon nanotubes. Linear viscoelastic behavior of these nanocomposites was investigated using parallel plate rheometry. Incorporation of carbon nanotubes in the polymer matrix resulted in higher complex viscosity (η*), storage (G′) and loss modulus (G″) as compared to neat polymer, especially in the low-frequency region, suggesting a change from liquid to solid-like behavior in the nanocomposites. By plotting storage modulus vs. carbon nanotube loading and fitting with a power law function, the rheological percolation threshold in these nanocomposites was observed at a loading of ∼0.27 vol% of MWCNTs. However, electrical percolation threshold was reported at ∼0.19 vol% of MWCNTs loading. The difference in the percolation thresholds is understood in terms of nanotube connectivity with nanotubes and polymer chain required for electrical conductivity and rheological percolation.     

多壁碳纳米管对聚甲醛性能的影响

将多壁碳纳米管(MWCNTs)和聚甲醛(POM)在转矩流变仪中熔融混合得到POM/MWCNT复合材料.研究了复合材料的形态,导热性能,导电性能,流变性能和结晶性能.结果表明,MWCNTs在没有经过处理的情况下能够均匀地分散在POM基体中;当向POM中添加1.0 wt%含量MWCNTs时,复合材料的导热系数上升到0.5289 W/(K m),比纯POM的导热系数0.198 W/(K m)提高1.5倍,通过有效介质方法(EMA)验证了体系导热系数提高幅度不大的原因是MWCNTs与POM之间形成了很高的界面热阻;当MWCNTs的含量为1.0 wt%时,体系产生了导电逾渗效应,逾渗值在0.5 wt%~1.0 wt%之间;MWCNTs对POM有显著的成核作用,当向POM中添加0.5 wt%含量的MWCNTs时,POM的结晶温度提高6℃左右,但当MWCNTs的添加量进一步增加时,结晶温度几乎不再变化,成核效果呈现"饱和"状态.另外,材料的复数黏度,储能模量和损耗模量随MWCNTs含量的增加而增加.