低剪切混合方法制备炭黑/聚丙烯纳米复合材料及其电性能研究

采用一种在低剪切应力场下纳米复合材料的加工方法,制备得到纳米炭黑(CB)粒子在聚丙烯(PP)中以纳米尺度分散的聚合物导电复合材料.扫描电镜观察表明CB粒子在纳米复合材料中以纳米尺度存在,并均匀的分布在PP基体中.电性能测试发现,通过这种低剪切混合方法得到的纳米复合材料具有非常低的导电逾渗阈值(vc=2.49vol%)和较高的临界电阻指数(t=5.82),很大的偏离了普适逾渗理论.基于隧道逾渗模型对体系的电导率进行了模拟,并对CB的分散状态与导电网络的关系进行了分析.发现当纳米CB粒子以纳米尺度分散于基体中时,并不遵从接触导电机理,而是隧道逾渗机理在CB/PP纳米复合材料中起主导作用.     

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.     

炭黑填充聚丙烯/尼龙6/玻璃纤维复合材料的制备及表征

以聚丙烯(PP)和尼龙6(PA6)的共混物为基体材料,以导电炭黑(CB)和玻璃纤维(GF)作为填料,通过熔融共混的方法制备了导电复合材料。研究了GF和CB质量分数对复合材料热稳定性、导电性能、力学性能和微观形貌的影响。结果表明:CB粒子选择性分散在PA6中,同时PA6包覆在GF表面,通过具有较大长径比的纤维相互搭接形成连续的网络结构,从而显著降低复合材料的逾渗阈值。在相同CB质量分数下(2%),PP/PA6/GF/CB的表面电阻率相对于PP/PA6/CB体系降低了5个数量级。此外,引入GF后,材料的热稳定性和拉伸强度都有所提高。     

碳纳米管对羟基磷灰石基复合材料力学性能的影响

将力学性能优良的碳纳米管(CNTs)与羟基磷灰石(HA)生物陶瓷相复合,发展CNTs/HA复合材料来应用于骨组织修复领域,有望解决HA生物陶瓷力学性能的不足。通过3种不同的制备方法,即通过表面活性剂将CNTs分散在HA基体中、通过酸碱中和反应将CNTs与HA共沉淀以及通过体外浸泡在CNTs上矿化生长HA等方法来获得CNTs/HA复合材料。深入研究CNTs的表面结构和分散状态对CNTs/HA复合材料力学性能的影响。结果表明,CNTs的添加改变了HA的脆性,导致复合材料抗压力学性能得到提高。但是,由于复合材料制备方法的不同,导致CNTs在HA基体中的分散状态、表面结构的完整性以及与HA的界面结合情况不同,导致其抗压力学性能不同。其中,通过表面活性剂将CNTs分散在HA基体中而获得复合材料的抗压力学性能表现最好,而CNTs与HA通过共沉淀法所获得复合材料的抗压力学性能表现最差。     

具有隔离结构的聚丙烯/碳纳米管复合材料的制备及电磁屏蔽性能

通过共挤出包覆-热压法制备了具有隔离结构的聚丙烯(PP)/碳纳米管(CNTs)电磁屏蔽复合材料。 其中,CNTs随机分布于PP基体中形成导电相,该导电复合物作为包覆层包敷在纯PP颗粒表面,形成包覆复合粒子,经热压后形成隔离导电网络。 结果表明,所制备的隔离结构复合材料呈现良好的导电性能,可获得较低的导电逾渗值0.28%(体积分数);在CNTs质量分数为5.6%时,该复合材料电磁屏蔽性能达到25.6 dB,同时具有良好的力学性能。 本文结果表明,共挤出包覆-热压法制备隔离结构导电复合材料方法简单可控、绿色环保,对开发高性能电磁屏蔽复合材料具有重要指导意义。     

碳纳米管对羟基磷灰石基复合材料力学性能的影响

将力学性能优良的碳纳米管(CNTs)与羟基磷灰石(HA)生物陶瓷相复合,发展CNTs/HA复合材料来应用于骨组织修复领域,有望解决HA生物陶瓷力学性能的不足.通过3种不同的制备方法,即通过表面活性剂将CNTs分散在HA基体中、通过酸碱中和反应将CNTs与HA共沉淀以及通过体外浸泡在CNTs上矿化生长HA等方法来获得CNTs/HA复合材料.深入研究CNTs的表面结构和分散状态对CNTs/HA复合材料力学性能的影响.结果表明,CNTs的添加改变了HA的脆性,导致复合材料抗压力学性能得到提高.但是,由于复合材料制备方法的不同,导致CNTs在HA基体中的分散状态、表面结构的完整性以及与HA的界面结合情况不同,导致其抗压力学性能不同.其中,通过表面活性剂将CNTs分散在HA基体中而获得复合材料的抗压力学性能表现最好,而CNTs与HA通过共沉淀法所获得复合材料的抗压力学性能表现最差.     

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.     

尼龙6/石墨纳米导电复合材料的制备与性能

通过原位插层聚合制备了尼龙 6 /石墨纳米导电复合材料 ,其室温导电渗滤阈值为 =0 75vol% ,远远低于常规导电粒子填充的聚合物复合材料 .当石墨体积分数为 2 0vol%时 ,室温电导率可达 10 -4 S/cm .透射电镜研究表明 :由于石墨经高温膨胀后其片层被剥离导致了片状石墨粒子具有巨大的径厚比 ,经原位插层聚合其片层厚度进一步被剥离为几十个纳米 ,同时原位插层聚合使得石墨粒子能够均匀分散在尼龙 6基体中 ,因而导致了该导电复合材料的低渗滤阈值和高导电性能 .     

镍/聚氨酯复合材料的导电网络在拉伸中的演变

一种独特的电性能形变敏感行为—镍/聚氨酯复合材料的电阻率在20%拉伸应变下呈现近6个数量级的降低,导致该行为的填料网络演变机理仍不清晰.针对该现象,本文通过交流阻抗分析考察了2种具有不同拉伸敏感特性的镍/聚氨酯复合材料体系在不同应变下各种微观参数对频率的依赖性.采用尼奎斯特曲线拟合得到的数据及参数计算了团聚体电阻、团聚体之间电阻在拉伸下的变化,以此推测了2种复合材料体系在拉伸时导电网络不同的变化模式.结果表明,对于27.5 vol%填料含量的复合材料,在拉伸时由于团聚体维度发生变化使得逾渗在拉伸下发生,即拉伸逾渗现象.而25 vol%填料含量的复合材料由于填料含量远低于逾渗区域,即使团聚体维度发生变化也没有连续的导电网络产生.本工作为导电高分子复合材料在拉伸时导电网络的变化提供了新的理解,并为拉伸敏感导电高分子复合材料的网络研究提供新的思路.     

聚合物加工中微纳导电网络构筑及其传感器应用研究进展

设计和构筑有序微纳结构导电网络是聚合物基导电复合材料(CPC)加工中的关键问题,对于降低复合材料的逾渗阈值,提高其电导率和电阻响应灵敏性具有重要意义。本文综述了近年来CPC材料加工中利用双逾渗网络构筑法、隔离结构构筑法、气凝胶模板法、乳液模板法、3D打印法在聚合物基体中构建微纳导电网络及其在柔性传感器中的应用研究进展,并对未来CPC材料及其柔性传感器制备的加工新方法进行了展望。     

聚苯乙炔/碳纳米管复合材料的导电性能研究

本文以无水A lC l3作催化剂合成聚苯乙炔(PPA),用H2SO4对其进行磺化改性,采用其混法制得了PPA/碳纳米管(CNTs)及磺化PPA/CNTs复合材料,对二者的常温电导率及变温电导率进行了测试。结果表明:磺化PPA的电导率较PPA的提高了3个数量级;随着CMTs含量增加,复合材料的电导率升高;PPA/CNTs导电的阈值是3%,达极限电导率(0.04S/m)所需CNTs含量为25%,而磺化PPA/CNTs导电的阈值是2%,达极限电导率所需CNTs(0.14 s/m)含量为25%。并分析了温度变化对复合材料电阻变化的影响因素。     

表面引发的原子转移自由基聚合法在聚偏二氟乙烯表面制备可控的聚甲基丙烯酸甲酯刷

采用表面引发的原子转移自由基聚合法(ATRP)在聚偏二氟乙烯(PVDF)表面制备结构可控的聚甲基丙烯酸甲酯刷。通过碱处理和紫外光照溴代的方法,将ATRP引入到PVDF表面; 然后采用ATRP法将甲基丙烯酸甲酯接枝到溴代的PVDF表面。采用傅里叶变换红外光谱和X-射线光电子能谱对改性前后PVDF表面的结构进行了表征。结果表明甲基丙烯酸甲酯成功地接枝到了PVDF表面。     

基于弱相互作用的石墨化CNT/PMMA复合材料的热电传输性能

从理论上计算了碳纳米管(CNT)与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的相互作用及浸润性, 并测试了CNT/PMMA复合材料的电学、热学和光学性能. 发现石墨化CNT/PMMA复合材料具有较好的导热和导电性能, 其渗流阈值在0.8%左右, 当CNT质量分数为3%时, 复合材料的导热系数提高193%. 这种电学及热学性能的提高一方面与石墨化CNTs的规整结构有关, 另一方面与石墨化CNT-PMMA体系的弱相互作用、CNT间的有效接触以及高效的CNT网络输运性能有密切关系. 研究结果表明, 通过调控CNT与聚合物基体的表面性质、相互作用及浸润性, 可以有效地构建优化的CNT输运网络, 获得性能优异的功能复合材料.     

超临界二氧化碳流体环境中导电聚吡咯复合材料的制备

以聚苯乙烯(PS)和锌盐中和的磺化聚苯乙烯(Zn-SPS)膜为基体, 在超临界二氧化碳(SC-CO₂)环境中用化学氧化法原位制备了聚吡咯(PPy)导电复合材料. 由于SC-CO₂对聚合物基体的强溶胀作用, 吡咯分子高效地扩散到基体内部进行聚合而形成导电通路, 得到比传统的水溶液法更高的电导率. 聚合物基体的性质对复合材料的导电性和形貌产生重要影响. 在相同条件下, Zn-SPS/PPy的电导率比PS/PPy高3~4个数量级, 而它们的体积逾渗阈值分别为2.7%和6.2%, 远远低于理论预测值(16%).     

马来酸酐接枝聚丙烯/石墨导电纳米复合材料的研究

用溶液插层 (SI)法制备了马来酸酐接枝聚丙烯 (gPP) 膨胀石墨 (EG)导电纳米复合材料 ,以熔体混合(MM)法作对照 ,通过室温体积电导率 (σ)测试和OM、SEM、TEM观察 ,研究了复合材料的制备方法、微观结构和导电性能关系 .结果表明 ,SI法制得纳米复合材料的室温逾渗阈值c=0 6 7vol% ,远低于MM法制得复合材料的c=2 96vol% ;3 90vol%EG含量下 ,前者的σ达 2 4 9× 10 - 3S cm ,而后者的σ仅 6 85× 10 - 9S cm .产生上述差异的原因 ,与两种方法制得复合材料中EG分散相的形态及其内部微结构直接相关 .     

碳系导电填料混杂填充聚合物共混体系的导电逾渗模型

以排除体积理论为基础,提出了3种碳系导电填料混杂填充聚合物共混体系的导电逾渗模型,并利用三维图和二维图对导电逾渗模型进行了描述.选用炭黑、聚团状碳纳米管和阵列碳纳米管3种导电填料,以聚碳酸酯(PC)/苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)(70∶30,质量比)和PC/聚苯醚(PPO)(70∶30,质量比)2个共混体系进行研究,通过不同导电填料在单一聚合物及其共混物中逾渗值的测量,对导电逾渗模型公式的各个参数进行计算和修正.导电逾渗模型预测结果与样品实际电阻率基本吻合,证明了模型的普适性和实用价值.对于基体相不变的系列聚合物共混体系,可以通过任意一种导电填料在共混体系中的逾渗值及在基体相聚合物中的逾渗值之比得到模型公式的相关参数,从而极大地方便了模型的推广和应用.     

超高分子量聚乙烯基导电复合材料的电性能和自发热性能的研究

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有优异的综合性能,本文采用凝胶结晶溶液方法制备了分别以碳纤维(CF)和镀镍碳纤维(NiCF)为导电填料,UHMWPE为基体的3个系列导电聚合物复合材料—UHMWPE/CF、UHMWPE/NiCF和UHMWPE/EMMA/CF复合体系,并分别对它们进行了室温伽马射线辐射处理,重点研究了这些材料的电性能和自发热性能,利用DSC、SEM、WAXS、DMA和体积膨胀等仪器进行了一系列测试表征。结果表明,NiCF作为导电填料时体系的逾渗阈值最低,为3vol%。伽马射线辐射处理不仅能有效提高材料的PTC效应,而且在合适的辐射剂量时也能有效提高材料的自发热性能。对材料介电性能的研究揭示了材料的交流电阻率与温度、频率的依赖关系。     

聚碳酸酯/碳纳米管复合热电材料的制备与性能研究

本文首先通过溶液混合法将碳纳米管(CNTs)分散到聚碳酸酯(PC)基体中,然后将获得的PC/CNT絮状物通过高温模压的方法制备了一种柔性的高热电性能PC/CNT复合材料。PC/CNT复合材料断面形貌分析表明,CNTs均匀地分散在PC基体中。此外,PC/CNT复合材料的导电性随着CNTs含量的增加而急剧增加,而Seebeck系数几乎保持恒定,使得材料的功率因子随着CNTs含量的增加而快速增加,最大功率因子达到4.6μW·m^-1·K^-2。     

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.     

纳米SiO_2表面基团在MMA原位本体聚合中的阻缓聚作用

分别以3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)和辛基三甲氧基硅烷(OTMS)为活性和惰性硅烷的代表,对SiO2进行不同锚固密度的表面修饰,并以改性SiO2的甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体分散液为原料,通过原位本体聚合制得一系列SiO2含量不同的高分散性SiO2/PMMA复合材料.考察SiO2表面基团活性程度和SiO2含量对聚合反应动力学、基体聚合物分子量以及复合材料硬度的影响,探究修饰状态不同SiO2在本体自由基聚合中的作用机制.发现SiO2表面硅羟基及其锚固MPS的活性双键会对聚合反应起阻缓聚作用,进而会显著降低基体聚合物的分子量及复合材料的硬度.而惰性硅烷OTMS对SiO2表面的锚固则会消耗SiO2表面硅羟基、并屏蔽其影响,因而随着OTMS锚固密度的提高,基体分子量和复合材料硬度均会随之提高,特别是当表面修饰达到饱和状态时,SiO2的阻缓聚作用已可忽略.