（材料學(xué)專業(yè)論文）雙逾滲熱塑性抗靜電復(fù)合材料的研究.pdf

雙途滲熱燮性抗靜電復(fù)合材料的研究 中文提要 中文摘要 本論文根據(jù)優(yōu)先結(jié)合理論與原鑣復(fù)合原理 采蔫擠窶一摸垂瓣方法裁備耩型低 炭含量洼塑式 d p e 厄a a g f c b 抗靜電材料 目標(biāo)是在保證材料電性能的情況下 進(jìn)一步降低導(dǎo)電介質(zhì)含量 提高材料的力學(xué)與加工性能 為抗靜電材料的研制與 開發(fā)提供薪戇途徑 研究緒暴懿下 1 新型h d p e e a a g f c b 材料在炭黑含量小于7 時就能夠很好的滿足抗靜 電 1 0 6 1 0 9 q c m 豹要求 西元復(fù)合h d p e e a a g f c b 體系在熔融混合階段自 發(fā)形戲e a a 對g f 包覆 炭黑沉積于h d p e e a a 界面和e a a 耀中的三重逾滲酶 導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)的形成 大大降低了材料的逾滲閾值 e a a 與玻纖間的界 面親和力是該結(jié)禱形成戇關(guān)鍵囂素 2 e a a 含量為5 一2 0 時 h d p e e a a g f c b 材料盼電性能最佳 固時在僳 證材料電性能的前提下 體系中的g f 含量可以有一個相對較寬的選擇范圍 而采 用不藏偶聯(lián)連栽對g f 進(jìn)行表露處理對耢料熬電性能影響不大 混料颥廖對體系電 阻率影響較大 h d p e 先與炭黑 玻纖熔融共混再加入e a a 的混料方式 降低了 炭黑在體系串的有效濃度 導(dǎo)致舶p 臃a a 硒f c b 材料的電阻率顯著升高 3 由予體系的界甄擺更多 窶元體系的動態(tài)儲箋模量大子三元體系翁儲麓橫 量 大予二元體系的儲能模量 e a a 的含量對予儲能模量有較大影響 e a a 含量 為1 0 的霆元體系豹儲能模量大予e a a 質(zhì)量吾分含量必1 5 n 西元體系儲能模 量 兩e a a 吾分含量為1 5 的哩元體系的儲能模量大于再分含量為2 0 的儲能模 量 四元復(fù)合體系的損耗因子隨溫度的升高而升 且在同條件下 釉p 觀燃f c b 5 7 2 0 1 5 8 羲損耗毽予最大 h i p 囂隰矗a 嗣強(qiáng)忿辯 6 影l(fā) 彰1 5 趲 的損耗因子最小 4 由于g f 的增強(qiáng)作用 h d p e e 燃f c b 材料的力學(xué)性能全面優(yōu)于 h d p e e a a c b h d p e c b 材料 具有更好靜空瓣穩(wěn)定性 并且該材瓣孛熬炭黑 粒子不易脫落 可以應(yīng)用于 些環(huán)保要求較高的領(lǐng)域 關(guān)鍵詞 炭黑 玻璃纖維 抗靜電 包覆 雙逾滲 籜者 劉佳濤 指導(dǎo)老師 聞荻江教授 s t u d yo nd o u b l e p e r c o l a t i o nt h r e s h o l dt h e r m o p l a s t i ca n t i s t a t i cc o m p o s i t e s a b s t r a c t s t u d yo nd o u b l e p e r c o l a t i o nt h r e s h o l d t h e r m o p l a s t i c a n t i s t a t i cc o m p o s i t e s a b s t r a c t c o n d u c t i v em a t e r i a l sd e v e l o p e dr a p i d l y a c c o r d i n gt ot h ep r i o r i t yc o m b i n e d 皿n c i p l ea n di n s i mc o m p o s i t e st h e o r yt h ep a p e rp r e p a r e dan e wt y p eo fl o wc a r b o n c o n t e n th d p e e a a g f c ba n t i s t a t i cm a t e r i a l sb yi n j e c t i o n s t y l e g o a li st oe n s u r et h e e l e c t r i c p c r f o r m a n c ea n df u r t h e rr e d u c ec o n t e n to ft h ec o n d u c t i v em e d i a t oi m p r o v e d t h em e c h a n i c a la n dp r o c e s s i n gp e r f o r m a n c e a n dt op r o v i d ean e ww a yf o rt h er e s e a r c h a n dd e v e l o p m e n to fm a t e r i a l s t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s 1 t h ei n n o v a t e dh d p e e a a g f c bc o m p o s i t em e tt h ee l e c t r o s t a t i cd i s s i p a t i v e r e q u i r e m e n t 1 0 6 1 0 9 0 c m w e l lw h e nt h ec a r b o nc o n t e n ti sn om o l et h a n7 t h e d o u b l e p e r c o l a t i o ns t r u c t u r es p o n t a n e o u s l yd u r i n gt h eh o t c o m p o u n d i n gp r o c e s s i n g s t e p st of o r m a ne a ac o a t e dg fa n dc bl o c a t e da tt h es u r f a c eo fh d p e e a ai n t e r f a c e a n da l s ow i t h i nt h ec o a t i n ge a a t h ef o r m a t i o no ft h i ss t r u c t u r em a d et h ep e r c o l a t i o n h a p p e na tam u c hl o w e r l e v e l t h ea f f i n i t yb e t w e e ne a aa n dg fi sac r i t i c a lf a c t o ri n t h ef o r m a t i o no ft h i ss t r u c t l 1 e 2 t h eh d p e e a a g f c bm a t e r i a lh a dt h eb e s te l e c t r i cp e r f o r m a n c ew h e nt h e e a a l o a d i n gw a sb e t w e e n5 a n d2 0 a tt h es a m et i m e t h eg fl o a d i n gi ns y s t e m c o u l dv a r yi nar e l a t i v e l yw i d er a n g ew i t ht h em a t e r i a lh a v i n gr e q u i r e de l e c t r i c c a p a b i l i t y w h i l et h e r ew a sl i t t l ed i f f e r e n c ew h e nt h eg fw a st r e a t e dw i t hd i f f e r e n t s i l a n ec o u p l i n g w h e nt h ec o m p a t i b i l i z a t i o nw a sa d d e di n t ot h es y s t e m c bc o u l dn o t f o r mp a s s w a y st l l r o u g he a aa n dt h em a t e r i a lr e s i s t a n c ew o u l di n c r e a s eg r e a t l y t h e e f f e c t i v ec o n c e n t r a t i o no fc bi nt h es y s t e mw o u l dr e d u c e dw h e nt h eh d p ew a sf t r s t m i x e dw i t hc ba n dg fa n dt h e nw i t he a a r e s u l t i n gi ng r e a t l yi n c r e a s e dv o l u m e r e s i s t a n c eo fh i p b 黿a a 必 轉(zhuǎn) bm a t e r i a l 3 t h es t o r a g em o d u l u so ff o u r m u l t i p l es y s t e m si sg r e a t e rt h a nt h et e r n a r ys y s t e m t h et e r n a r ys y s t e mi sg r e a t e rt h a nt h eb i n a r ys y s t e mb e c a u s eo ft h em o r ei n t e r f a c ep h a s e s t u d yo nd o u b l e p e r c o l a t i o nt h r e s h o l dt h e r m o p l a s t i ca n t i s t a t i cc o m p o s i t e s a b s t r a c t 奠跫c o n t e n to fe a ah a sag r e a t e ri m p a c to nt h e 秘?fù)靤 t o r a g em o d u l u so ff o u r m u l t i p l e s y s t e m sw i t h10 c o n t e n to fe a a i sg r e a t e rt h a nt h ef o u r m u l t i p l ew i t h15 c o n t e n t w h i l et h ef o u r m u l t i p l ew i t h2 0 p e r c e n th a st h el a r g e s ts t o r a g em o d u l u s l o s sf a c t o r r i s ew i t ht e m p e r a t u r e a n da tt h es a m ec o n d i t i o n s h d p e e a a g f c b 5 7 2 0 15 8 h a s t h el a r g e s tl o s sf a c t o r w h i l eh d p e e a a g f c b 6 7 10 15 8 t h es m a l l e s tl o s sf a c t o r 4 翻糖i n n o v a t e dh d p e 既a a g 聊 bm a t e r i a lh a sb e t t e rd y n a m i cc a p a b i l i t i e st h a n t h et r a d i t i o n a lo n e s s u c ha sm o r es p a c es t a b i l i t y a n dd u et ot h ec bp a r t i c l e si ni t u n l i k e l yf a l l i n go f f i tc a nb eu s e di ns o m ef i e l d sw h i c hh a v ec e r t a i nr e q u i r e m e n t si n e n v i r o n m e n t k e yw o r d s c a r b o nb l a c k g l a s sf i b e r a n t i s t a t i c c o a t e d d o u b l e p e r c o l a t i o n t h r e s h o l d 1 i i w r i t t e n b y l i uj i a t a o s u p e r v i s e db y w e nd i j i a n g 蘇蝌大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明及使用授權(quán)聲鞲 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立 進(jìn)行研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本論文 不含其地個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不含龍獲得蘇 州大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料 對本文虼研究作 出重要貢獻(xiàn)的個人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本人承擔(dān)本 聲明的法律責(zé)任 研究生簽名 圣照墜盡期 貍盟 蘭蘭 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 蘇州大學(xué) 中國科學(xué)技術(shù)信息研究所 國家圖書館 清華大學(xué)論 文合作部 中國社科院文獻(xiàn)信息情報中心有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論 文的復(fù)印件和電子文檔 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論 文 本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致 除在保密期內(nèi)的 保密論文外 允許論文被查閱和借闋 可以公布 包括刊登 論文的 全部或部分內(nèi)容 論文的公布 包括鍘登 授權(quán)蘇州大學(xué)學(xué)位辦辦理 研究生簽名一亟絲鹼一目期 j 業(yè) 期 半 雙逾滲熱塑性抗靜電復(fù)合材科的研究第1 章緒論 第1 章緒論 新材料的研究開發(fā)是囊今高技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)震的方向之一吐英中導(dǎo)電高分子 材料的出現(xiàn) 改變了人們以前所持有的 離分子材料用于電子領(lǐng)域還很遙遠(yuǎn) 的傳統(tǒng) 觀念 正以迅急而不可阻擋之勢向前發(fā)展 2 1 目前 導(dǎo)電高分子材料已成為 f j q ?；钴S的前沿綜合學(xué)科 吸弓 了眾多具有不圈學(xué)科背景的科學(xué)家和 工程師投身到 這一材料的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究中 導(dǎo)電復(fù)合材料是指那些分子結(jié)構(gòu)中具有共軛 雙鍵結(jié)構(gòu) 經(jīng)過摻雜處理焉具有優(yōu)越導(dǎo)電性能的復(fù)合材料品種以及那些本體絕緣 材料經(jīng)過添加導(dǎo)電物質(zhì)后或經(jīng)涂覆導(dǎo)電物質(zhì)后才具備一定導(dǎo)毫性能的復(fù)合材料品 種 近年來 人們對如何降低抗靜電材料中的導(dǎo)電介質(zhì)含量進(jìn)行了廣泛的研究 僵仍存在許多問題 主要是導(dǎo)電介質(zhì)含量與復(fù)合物性質(zhì)聞的矛盾 導(dǎo)電介質(zhì)過少 力學(xué)性能較好 但導(dǎo)電性能不高 導(dǎo)電介質(zhì)過多 材料的導(dǎo)電性能提高 但會導(dǎo) 致的導(dǎo)電粒子局部集中 使得材料的導(dǎo)電性能不穩(wěn)定 同時高填充會對材料的成 型和力學(xué)性能產(chǎn)生消極的影嚷 污染同樣使十分關(guān)注的闖題 高含量的炭黑填充 材料中炭黑離子的脫落會造成環(huán)境污染 為了解決目前存在的炭黑含量與材料性能 成型加工問的矛盾 本論文采用 擠出一模壓的方法成功制備了新型低炭含量h p e e a a 怒f 忿b 多元抗靜電復(fù)合材 料 在極低的炭黑含量下該材料的電阻率達(dá)n 1 0 6 1 0 9 q c m 完全能夠滿足行業(yè)抗 靜電材料的使用要求 此類新型材料目前國內(nèi)尚沒有報道 1 1 高分子導(dǎo)電復(fù)合材料 1 1 l 導(dǎo)電復(fù)合材料分類 導(dǎo)電復(fù)合材料可以分為四類 摻雜型導(dǎo)電復(fù)合材料 填充型導(dǎo)電復(fù)合材料 共混型導(dǎo)電復(fù)合材料 納米導(dǎo)電復(fù)合材料 1 1 1 l 本征型導(dǎo)電復(fù)會材料 2 0 世紀(jì)5 0 年代 材料科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了多環(huán)芳香化合物具有半導(dǎo)體性質(zhì) 隨著對 其電荷移動規(guī)律研究的深入 于1 9 6 7 年叉利用絡(luò)合物合成了一種低電阻的高 分子材料 直到1 9 9 7 年美國才發(fā)現(xiàn)了一種導(dǎo)電聚合物 聚乙炔 這種具有 共軛雙鍵的聚合物經(jīng)過摻雜處理后 其電導(dǎo)率從未摻雜前的1 0 d o s c m 提高1 2 個 數(shù)量級 達(dá)到2 x 1 0 3 s e m 孳 超7 入們的極大興趣 進(jìn)過長期的研究又出現(xiàn)了聚苯 雙逾滲熱塑性抗靜電復(fù)含材料的研究第1 帝緒論 胺 蒙哦咯 聚噻吩 聚乙烯咔睦等共軛雙鍵結(jié)構(gòu)聚舍物 3 1 由于這種聚合物本身 電阻小 經(jīng)過摻雜處理后 可制成良導(dǎo)體或半導(dǎo)體 隨著基礎(chǔ)理論研究的逐漸深 入和合成制備手段的不斷完善 用這種聚合物制備的導(dǎo)電塑料電導(dǎo)率可與銅相媲 美 成為當(dāng)前材料科學(xué)研究的熱點(diǎn) 摻雜型復(fù)合材料按其結(jié)構(gòu)可以分為一下3 個體系 1 直鏈耳共軛系 包括聚乙炔 聚二乙炔 聚對苯撐 聚乙烯對苯撐和聚苯 胺等 2 平面全兀共軛系 包括聚吡咯 聚噻吩 聚呋喃等 3 支鏈狂共軛系 包括聚乙烯卡睦 聚乙烯二茂絡(luò)鐵等 從結(jié)構(gòu)分析來看 一般高分子化合物因其分子中包含的電子是定域的焉呈絕 緣性 結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物 由于其顯示與金屬自由電子同樣作用的兀電子的分予 結(jié)構(gòu) 或者存在著連續(xù)的共軛多鍵分子結(jié)構(gòu) 電子運(yùn)動經(jīng)過筇共軛系麗呈導(dǎo)電性 因此 這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物材料也被成為本征導(dǎo)電復(fù)合材料 這些導(dǎo)電聚合物 在摻雜狀態(tài)下 分子鏈中交替排列的兀電子不再是定域的 電子波動大 使導(dǎo)電能力強(qiáng) 關(guān)子這種導(dǎo)電性的祝理 存在薅種觀點(diǎn) 一種認(rèn)識 是隨著摻雜量增多而形成導(dǎo)電回路使導(dǎo)電性增強(qiáng)這成為滲濾機(jī)理 另一種意見認(rèn) 為 摻雜弓i 超聚合內(nèi)產(chǎn)生弧子 極化子 這些粒子對導(dǎo)電起重大作用成為弧子理 論 其中 最典型的代表是聚乙炔 聚對苯撐 聚毗咯等 它們的最高導(dǎo)電水平 已經(jīng)能夠與銅 銀等高導(dǎo)電性金屬媲美 例如 碘摻雜的聚乙炔薄膜的電導(dǎo)率達(dá) 1 0 5 s c m 以上 但是 摻雜型導(dǎo)電復(fù)合物材料穩(wěn)定性 重復(fù)性差 導(dǎo)電率分布范圍窄 成本 高 尚未能進(jìn)入批量生產(chǎn)的實(shí)際階段 然而 它代表了導(dǎo)電聚合物新時代的開始 導(dǎo)電化會物的童鏈高度的共軛 與一般絕緣體的高分子化合物相比 不僅本 身電阻小 并且摻入摻雜劑后可使絕緣體轉(zhuǎn)變里導(dǎo)體 半導(dǎo)體 例如 聚乙炔 經(jīng)摻雜劑蒸汽或溶劑摻雜后 不僅提高了導(dǎo)電性 還會表現(xiàn)出p 型 n 型半導(dǎo)體 性質(zhì) 電解聚合剃雩尋的聚蘧芝咯薄膜 經(jīng)電化學(xué)氧化艨電導(dǎo)率可以達(dá)1 0 2 s c m 也 6 5 呈現(xiàn)p 型半導(dǎo)體性質(zhì) 聚對苯撐顆粒 聚苯硫醚薄膜經(jīng)a s f 3 摻雜 都具有 1 0 2s c m 的電導(dǎo)率 摻雜劑不同 摻雜后的導(dǎo)電效果亦不同 摻雜劑主要耆主型和受圭型兩類受 主型的代表是1 2 b r 等鹵素 以f e c l 3 r u c l a 為主的過度金屬鹵化物 s o a a s 5 f s 2 雙逾滲熱塑性抗靜電復(fù)合材料的研究 第l 章緒論 b f 3 p f 5 等路易斯酸 特別是a s f s6 b f4 p f 6 c 1 0 4 形式焉子電化學(xué)摻雜 施主型摻雜劑是l i n a k 等堿金屬以及四丁基銨等玩機(jī)銨 同樣也可作為粒子 進(jìn)行電化學(xué)摻雜 此外 以卟啉類 酞菁類 以及天冬氨酸 尿苷酸 鳥苷酸 肌昔酸 精氨酸 賴氨酸等氨基酸 核酸為主的生物物質(zhì)摻雜 不但能提高聚合 物的導(dǎo)電能力 還能賦予它們以新的功能 結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電本身剛度大 不熔 不溶 成型困難 摻雜劑多數(shù)是毒性大 腐 蝕性強(qiáng)的物質(zhì) 這就根本影響到很多導(dǎo)電高分子材料的實(shí)際使用 1 1 1 2 填充型導(dǎo)電復(fù)合材料 在樹脂體系內(nèi)添加少量的導(dǎo)電物質(zhì) 如炭黑或碳纖維等 便制備具有一定導(dǎo)電 特性的復(fù)合材料來 這就是所謂的抗靜電復(fù)含材料 人們?yōu)橹聘髌帘坞姶挪ǖ牟?料 經(jīng)過長期研究 在樹脂體系內(nèi)添加具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的增強(qiáng)材料 如金屬纖維 鎘 鑲 臻等顆粒 捧 片球狀體等游l 成用予屏蔽電磁波的導(dǎo)電復(fù)合材料 這就 是所謂的復(fù)含型導(dǎo)電復(fù)合材料 也是應(yīng)用最早的導(dǎo)電復(fù)合材料品種 復(fù)合型導(dǎo)電復(fù)合材料比摻雜型導(dǎo)電復(fù)合材料用途更廣 成本更低 而且易于 批量生產(chǎn) 其制造方法是把導(dǎo)電剎摟充到復(fù)合材料 橡膠等基體聚合物中或者層 積復(fù)合而成 能夠作為復(fù)合高分子導(dǎo)電材料基體的物質(zhì)幾乎全是聚合物 其中較常用的塑 料有贏 低密度聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚氯乙烯 乙烯 醋酸乙烯共聚 物 聚碳酸酯 聚丙烯酸酯 聚氨酯 環(huán)氧樹脂 聚甲醛 聚酰胺等 作為復(fù)合導(dǎo)電材料基體的橡膠有丙烯酸酯橡膠 丁腈膠 氯丁膠 氟橡膠 順丁膠 異戊橡膠 丁苯橡膠 天然橡膠 乙丙橡膠 丁基橡膠 硅橡膠等 填 充到基體中的導(dǎo)電劑也多種多樣 表1 1 列出了常用的導(dǎo)電劑及其主要特點(diǎn) 4 與其它導(dǎo)電材辯 特別是與金屬相比 復(fù)合導(dǎo)電材料有許多有碘 幫柔軟 易加工 密度低 利于節(jié)能 價廉 可望大批量生產(chǎn) 抗氧化性強(qiáng) 容易薄膜化 能得到大面積材料 對外部刺激感受性強(qiáng) 電性能各向異性 對液體 氣體有高 吸收熊力 容易徽戒多孔性導(dǎo)體等 充分有效豹剩焉這些優(yōu)點(diǎn) 已使復(fù)合導(dǎo)電材 料得到廣泛的應(yīng)用 且其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)M(jìn)一步擴(kuò)大 這種應(yīng)用不僅包括導(dǎo)電塑料 導(dǎo)電橡膠 還涉及導(dǎo)電涂料和漿料等 3 雙逾滲熱濺性抗靜電復(fù)合材料的研究第1 竄緒論 表1 1 導(dǎo)電劑及其特點(diǎn) 曩l b 1 1 c o n d u c t i v es u b s t a n c ea n dc h a r a c t e ro f t h e m 體系類別晶種主要特點(diǎn) 乙炔黧純度高 分散性嵐好 洼爐黑導(dǎo)電牲好 炭黧 熱裂熙導(dǎo)電性差 成本低 碳系 稽蒹 導(dǎo)跑鞋差 粒徑小 染色孀 聚丙烯腈類導(dǎo)電性好 成本藏加工性菠 碳纖維 瀝青類詫聚丙烯腈類導(dǎo)電性差 成本低 天然石墨隨產(chǎn)地藤變拖 縷粉碎 石墨 人造石墨導(dǎo)電性隨生產(chǎn)方法而異 纓粉鐨 鍛 锫 鑲等 氧化物 z n o s n 0 2 i n 0 3 有氧化變質(zhì)問題 銀價蒜 色彩 金羼 薄冀鋁藉 鮮驥 導(dǎo)電性駑 纖維 鋁 鎳 黃銅絲等 其它玻璃珠表面鍍金屬加工時有變質(zhì)問趲 1 1 1 3 添糯型導(dǎo)電復(fù)合耪糕 由于結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電復(fù)合材料成型加工困難 到目前為止還沒有太適合于摻雜型 導(dǎo)電復(fù)合材料加工韻方法 所以嚴(yán)重地限稍了它的應(yīng)用 經(jīng)過不斷研究 入們將 這類聚食物粉末或鬏粒添加到易予挺工成型的樹脂或橡膠中去 經(jīng)均勻摻混便可 制得導(dǎo)電性能良好的樹脂基復(fù)合材料 這就是所謂的共混導(dǎo)電塑料 目前拭研究 勢頭迅猛 也寓現(xiàn)了不少成功實(shí)鍘 德圉z i p p l i n gk e s s l e r 公司和巴登苯胺燒堿公司都已開發(fā)出了這種導(dǎo)電復(fù)合材 料的母料 這種母料的關(guān)鍵是向某種基體中加入3 0 4 0 的結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電復(fù)合塑 料 麴聚苯胺 這靜共瀑型導(dǎo)電復(fù)合材料眈炭黑復(fù)合奉孝料靜電導(dǎo)率稼0 1 0 2 s e r a 黼得多 達(dá)1 0 5 s c m 而且導(dǎo)電能力強(qiáng)1 0 0 倍這種共混型導(dǎo)電復(fù)含材料為非黑色 半 透明 其有電化學(xué)當(dāng)憊性 可逆的氧化 還原性 帶電 放電性 電催化活性 各向 異性導(dǎo)電性 熱魏電健 非線性光學(xué)性 在不弱氧化 帶電狀態(tài)下顯示不月麓導(dǎo) 電性等 l 1 1 4 納米導(dǎo)電復(fù)合謄孝料 近強(qiáng)年來 隨著納米技術(shù)的研究不斷拓寬 以纏米級導(dǎo)電填料填充聚合物基 毒 黢途滲熟塑性抗靜電復(fù)合耪科的研究第1 竄緒論 體制備導(dǎo)電復(fù)合材料 或者用插層法 溶膠 凝膠法 篡位復(fù)合法或分子組裝技術(shù) 等制備出納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電復(fù)合材料 人們將這兩種導(dǎo)電聚合物材料稱之為納米導(dǎo)電 復(fù)合材料 納米導(dǎo)電復(fù)合材料的出現(xiàn)代表了導(dǎo)電復(fù)合材料的發(fā)展方向 而且也代 表了整個材料科學(xué)發(fā)展茲方商 1 1 2 高分子導(dǎo)電復(fù)合材料的理論研究進(jìn)展 高分子導(dǎo)電復(fù)合材料是一個跨學(xué)科的研究課題 它涵蓋了高分予科學(xué)與工程 材料科學(xué) 物理學(xué) 化學(xué) 數(shù)學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)等多門學(xué)科 劉基魏為止 對高分 子導(dǎo)電復(fù)合材料的研究基本上可以分為兩類一類偏重于導(dǎo)電過程的物理機(jī)制的研 究 另一類研究主要是關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的報道即研究影響復(fù)合材料導(dǎo)電性能的因素 高分子復(fù)合導(dǎo)電材料表現(xiàn)出許多奇募的物理現(xiàn)象 如電導(dǎo)率在某一填料含量 時發(fā)生突變 出現(xiàn)絕緣體 導(dǎo)體轉(zhuǎn)變 電流 電壓的非線性行為 電和介電 性能對頻率的依賴才勝 電流噪聲 電導(dǎo)率黠磁場的依賴性 電導(dǎo)率隨壓力 拉 伸和壓縮應(yīng)力 氣體濃度等的變化 電阻的和效應(yīng)等等 這一方面使其具備了綴 高的潛在的和實(shí)際的應(yīng)用價值 另一方面也使其具有很高的理論研究價值 因而 吸弓l 了眾多研究者的露光 成為研究無序?qū)w絕緣體復(fù)合體系的一令比較重要的 模型體系 特別是近年來引起了一批理論和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們的濃厚興趣 由于它 們的加入使高分子復(fù)合導(dǎo)電材料在導(dǎo)電機(jī)制理論研究方面取得了 些重要的突 破 僵仍然有許多物理現(xiàn)象不能褥到解釋這也極大地制約著高分子復(fù)合導(dǎo)電材料 的開發(fā)和應(yīng)用 高分子復(fù)合導(dǎo)電材料所具有的獨(dú)特的性能是由其復(fù)雜的無序結(jié)構(gòu) 所決定的 面這一無序結(jié)構(gòu)又受到眾多因素的影響 結(jié)構(gòu)的無序性和復(fù)雜性體現(xiàn) 在多個層次上 例如對于采用礙最多的導(dǎo)電填料一炭黑來講 其粒子表露 聚 集體和附聚體的幾何結(jié)構(gòu)都存在著高度的不規(guī)則性 而復(fù)合物的形態(tài)和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) 的結(jié)構(gòu)剡更加復(fù)雜 這使得了解電子在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)上的輸運(yùn)和建立相癍的導(dǎo)電模型 變得非常困難 雖然人們對高分子復(fù)合導(dǎo)電材料提出了許多理論導(dǎo)電模型如統(tǒng)計(jì) 模型 幾何模型 熱力學(xué)模型等i 5 j 但大多數(shù)模型都是在不夠充分的假設(shè)基礎(chǔ)上解 釋復(fù)合物的導(dǎo)電行為的 逾滲理論是一種被人們廣泛接受的 用予艇釋復(fù)合物在 某一臨界含量時電導(dǎo)率發(fā)生突變和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)在基體中形成的理論 6 1 近年來人們 對逾滲網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的認(rèn)識取得了重要的推進(jìn) 這主要?dú)w功于標(biāo)度理論和分 形理論在這一領(lǐng)域中的成功應(yīng)用 成為人們考察逾滲網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì) 的非常有用的手段 已有研究表明逾滲導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)具有分形性質(zhì) 正是由于逾滲網(wǎng) 敝逾滲熱塑性抗靜電復(fù)合材料的研究第1 章緒論 絡(luò)這一分形特性使復(fù)合物其有許多翦面所述的不同于普通導(dǎo)體的幸亍為 1 1 3 高分子導(dǎo)電復(fù)合材料的應(yīng)用 導(dǎo)電高分子材料以其優(yōu)異的性能 適用性強(qiáng) 易于成型和大規(guī)模生產(chǎn)而得到 廣泛的應(yīng)用 主要的應(yīng)用領(lǐng)域有緩下幾個方吾 1 抗靜電和導(dǎo)電材料 這是炭黑填充復(fù)合材料應(yīng)用最多和最廣泛的領(lǐng)域 人們從2 0 世紀(jì)6 0 年代起 就已開始對抗靜電問題進(jìn)行研究 墨前各種抗靜電材料相繼投入到王鹽應(yīng)用中 廣 泛用作礦山 油汽田 化工等部門的干粉及易燃 易爆液體的輸送管材 礦用輸 送皮帶 集成電路 印刷電路板及電子元件的包裝材料 通訊設(shè)備 儀器儀表及 計(jì)算機(jī)的外競 工f 計(jì)算機(jī)室 醫(yī)院手術(shù)室以及其它凈化室的地板 操作臺墊 板及壁材等 2 自控溢發(fā)熱材料 自控溫發(fā)熱材料的基本原理利用了結(jié)晶聚合物復(fù)合材料電阻的正溫度系數(shù) p t c 效應(yīng) 國外已研制出適合于工業(yè)用的以高分予導(dǎo)電p t c 材料作為發(fā)熱體 的皇控濕加熱帶和加熱電纜 可廣泛用于氣液輸送管道 儀表管線 罐體等防凍傈 溫以及各類融雪裝置 3 壓敏導(dǎo)電膠 這種導(dǎo)電膠的電阻隨外加壓力的改變恧變化 分為兩種 一種是壓力小于某 一值時材料呈絕緣態(tài) 大于該值時呈導(dǎo)電態(tài) 能實(shí)現(xiàn)通 斷動作 另一種是電阻值 隨外加壓力面連續(xù)變化 用這種疆敏導(dǎo)電膠可制成各種壓力傳感器 也可以制成 觸摸控制開關(guān) 4 氣敏電膠 這種材料的電阻對各種化學(xué)氣體的性質(zhì)和濃度很敏感 材料吸收氣體薏發(fā)生 溶脹 電阻增大 可制成各種氣敏探測器 對各種氣體及其混合物進(jìn)行分類 定量化檢測和監(jiān)控 總體面言 由予炭黑填充的復(fù)合導(dǎo)電高分子材料的電阻率可在1 0 t l 妒q c m 之間調(diào)節(jié) 因此應(yīng)用十分廣泛 其市場的應(yīng)用情況如表1 2 所示 6 敬逾滲熱塑性抗靜屯復(fù)合材料的研究第1 章緒論 表1 2 炭黑填充的復(fù)合導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用實(shí)例 t a b 1 2 a p p l i c a t i o nc a s e so fc a r b o nb l a c kf i l l e dc o n d u c t i v ec o m p o s i t e s 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例 日常生活奶瓶 恒溫器 電暖鞋 防靜電地毯 取暖裝置 保溫房子 家用電器帶故障保護(hù)的電子鎮(zhèn)流器 恒溫電吹風(fēng) 液體蚊香器 醫(yī)療衛(wèi)生保健治療儀 溫控輸液器 鍋式消毒爨 加熱滅菌裝置 毒動恒濕耳 鼻 喉鏡 醫(yī)用塑料橡膠制品 空氣加濕美容保健器 石油化工油井加熱電纜 防粘疏油裝置 采煤采礦瓦襲風(fēng)送管 不警嚷傳送帶 機(jī)械制造紡織輥 電氣鍍模 塑封機(jī)發(fā)熱元件 軍事用予覆蓋熱敏物質(zhì) 軍火 易爆物晶 的導(dǎo)電薄片 屏蔽裝鬻 汽攀工監(jiān)柴油祝車啟動裝置 蓄電 泡加熱裝置 擋斑玻璃除霜裝愛 導(dǎo)電輪胎 抗靜電油箱 電子電力計(jì)算機(jī)鍵盤及電氣開關(guān)件 斷路器 負(fù)荷開關(guān) 接觸器的除弧裝鼴 自 控加熱電纜 導(dǎo)電蘭支套 交聯(lián)熱收縮電纜附件 集成電路塊場效應(yīng)管 晶體管 電子器件生產(chǎn)車間的地板 桌椅 手套及包裝材料 高壓電纜 通訊電纜的半導(dǎo)體緩和層 計(jì)算機(jī)房鋪地塑料板 農(nóng)牧業(yè)動禽畜保溫板 育葡 孵化 發(fā)酵 溫室豳藝 通訊業(yè)傳真電極板 油印輥 模制電視唱持 曬靜電復(fù)印用的顯影粉 l l 4 抗靜電高分子材料的發(fā)展趨勢 今后 抗靜電復(fù)合材料的研究將集中在以下幾個方砸 8 1 6 1 1 努力提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性 減少導(dǎo)電填料的壤充量 降低成本 2 開發(fā)新型導(dǎo)電填料或抗靜毫劑 如采用本身含青可電離離子基團(tuán)的聚合物 固體電解質(zhì) 聚電解質(zhì) 作為導(dǎo)電填料 來提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能 可望成為抗靜 電復(fù)合材料的一個新的發(fā)震方向 3 在保證抗靜電效果的同時 開發(fā)其他應(yīng)用功能 如阻燃性能 阻隔性 耐 高溫 耐腐蝕 耐磨擦等性能 7 敷逾滲熱塑性抗靜電復(fù)合材料的研究第l 章緒論 輯 新品種方瑟 一是開發(fā)薪型的導(dǎo)電填料 薦是材料新品種的開發(fā) 多組分聚 合物共混體系和新型導(dǎo)電填料與聚合物復(fù)合體系是今后重點(diǎn)發(fā)展的方向 應(yīng)用探 索包括新的成型工藝和加工方法 1 2 炭黑填充的復(fù)合導(dǎo)電高分子材料的研究進(jìn)展 炭黑填充的復(fù)合導(dǎo)電嵩分子材料是離分子導(dǎo)電復(fù)合材料中最受入們關(guān)注的一 類復(fù)合型導(dǎo)電材料 由于炭黑與其它導(dǎo)電填料相比 具有對塑料橡膠有補(bǔ)強(qiáng)作用 控制添加量能得到任意的導(dǎo)電率 價格低廉 品種多等優(yōu)點(diǎn) 并且這些炭黑結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定 表面不易氧化 而置在復(fù)會材料中易于形成伸震茲鏈?zhǔn)交蛘呔W(wǎng)狀縫織 下 頗對炭黑的種類 性能 導(dǎo)電機(jī)理作一簡述1 1 7 1 2 1 炭黑的種類及其性能 毋庸置疑 在炭黑復(fù)合材料中 基體樹脂儀起支掌載體的作用 起導(dǎo)電俸蔫 的是炭黑粒子 炭黑是一種粒狀工業(yè)炭 經(jīng)烴原料熱裂解或分解而產(chǎn)生 粒徑大 小在1 4 n m 3 0 0 n m 之闖 在橡膠王韭中是一種常見的填充材料 高導(dǎo)電的炭黑是 一種空殼石墨結(jié)構(gòu) 具有斷裂傾向 結(jié)構(gòu)性高 結(jié)構(gòu)性是一個綜合指標(biāo) 一般是指 粒子之間聚結(jié)成鏈狀的程度或形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的幾率 一般用吸油值 比表面積來 表征 易互楣穿透延展成鏈狀 盡管各個粒子是球形的 但它的熔聚體基體結(jié) 弩 與隨機(jī)分布的纖維導(dǎo)電系統(tǒng)相似 體積電阻率約為o 1 f 2 c m 1 0 t c m 呈弱堿性 表1 3 列出幾種導(dǎo)電炭黑及其性能 表1 3 炭黑的種類及性能 t a b 1 3 s p e c i e sa n dp r o p e r t i e so fc b 1 2 2 炭黑的導(dǎo)電機(jī)理 炭黑填充到高分子材料中時的導(dǎo)電機(jī)理是很復(fù)雜的 通?？煞譃閷?dǎo)電闡路如 8 雙逾滲熱塑性抗靜電復(fù)合材料的研究第1 鬻緒論 何形成和在圓路形成后如何導(dǎo)電兩方面來研究 1 2 2 l 導(dǎo)電通路形成理論 在導(dǎo)電通路形成理論方面人們是從導(dǎo)電逾滲現(xiàn)象開始研究的 大量的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果表明 復(fù)合體系牽導(dǎo)電填料的含量增加到某一臨界僮時 體系的電阻率急尉降 低 為了解釋這種現(xiàn)象提也了各種不同的理論 其中較為成功的理論有m i y a s a k a 熱力學(xué)理論 認(rèn)為高分子樹脂基體與導(dǎo)電填料之間的界面效應(yīng)對導(dǎo)電回路的形成 具有很大的影響 在復(fù)合物的利各過程中 導(dǎo)電填料粒子的自壺表面變成了濕潤 的界面 體系產(chǎn)生了界面能過剩 隨著填料的增加 界面能的過剩不斷增大 當(dāng) 體系界面過剩達(dá)到一個與聚合物種類無關(guān)的醬適常數(shù)之后 粒子開始形成導(dǎo)電網(wǎng) 絡(luò) 宏觀上表現(xiàn)為電阻率突降 總之 由于復(fù)含導(dǎo)電材料處于遠(yuǎn)離平衡態(tài) 各粒子間存在非線性作用 所以 必須考慮體系的復(fù)雜性和整體性 將菲平衡熱力學(xué) 菲線性動力學(xué)和分形結(jié)構(gòu)理 論有機(jī)結(jié)合起來 i s 1 9 1 2 3 影響炭黑復(fù)合材料導(dǎo)電性的因素 1 2 3 1 炭黑性能的影響 影響炭黑在高分子復(fù)合材料中的導(dǎo)電因素 首先在于炭黑自身的基本性能 不同的炭黑結(jié)構(gòu)性 粒徑分布都不一樣 都會對導(dǎo)電性能和填充量產(chǎn)生極大影響 2 0 2 2 1 炭黑粒徑 理論上 炭黑的粒徑越小 單位體積中的粒子數(shù)越多 有利于提高導(dǎo)電性 這在橡膠用導(dǎo)電制品中是正常的 但在用于導(dǎo)電塑料制品時 若炭黑粒子過小 因塑料塑化鼯剪切力小 敞分散性差 炭黑以大量的小團(tuán)塊存在于基料中 使導(dǎo) 電塑料制品的力學(xué)性能降低 失去實(shí)用價值 所以要把炭黑的粒徑控制在一定范 圍內(nèi) 才能保證炭黑既可在塑料中獲得良好的分散 又可大大增加塑料中單位體 積內(nèi)的炭黑粒子數(shù) 提高塑料制品的導(dǎo)電性能 2 炭黑結(jié)構(gòu) d b p 值的大小代表了炭黑聚集體結(jié)構(gòu)的高低 一般說來 d b p 值高時炭黑璺 鏈枝狀結(jié)構(gòu) 導(dǎo)電性能好 各種重油造氣副產(chǎn)品炭黑的d b p 值都非常高 麗從電子 顯微鏡發(fā)現(xiàn)它們是空殼形態(tài)微觀結(jié)構(gòu) 說明其結(jié)構(gòu)并非很高 它的高導(dǎo)電性可能 一是由于其單位質(zhì)量下體積更大的結(jié)果 二是剪切破壞了部分一次結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生了 大量的新微粒 要獲得在塑料好的導(dǎo)電性能 炭黑必須是粒徑較大 結(jié)構(gòu)不宜太 9 雙逾滲熱塑性抗靜電復(fù)合材料的研究 第l 章緒論 高 最好使炭黑的緒構(gòu)成線狀結(jié)構(gòu) 一方藹可促使炭黑在塑料中的分散 勇一方 面有利于形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) 用少量炭黑即可達(dá)到抗靜電作用 3 炭黑粗糙度 毒予炭黑的導(dǎo)電需要有一定的粗糙度 使炭黑易形成導(dǎo)電遙道 故要求炭黑 的氮吸附表面積和c t a b 表面積的差值較大 導(dǎo)電性主要依賴共混組分的相結(jié)構(gòu) 及炭黑在共混體系中的分散性 這時炭黑的加入方式就顯得十分重要 要形成網(wǎng)絡(luò) 導(dǎo)電通路 首先要與熔融粘度小 含量占優(yōu)的組分混合 以免造成孤立的海島結(jié) 構(gòu) 阻礙導(dǎo)電通路的形成 4 成型工藝的影響豳l 混合1 2 4 琊 有利于炭黑的分散 促進(jìn)導(dǎo)電霹絡(luò)的形成 改善材料的導(dǎo)電性 但 也會破壞炭黑的結(jié)構(gòu) 使材料的導(dǎo)電性變差 控制剪切時間和速度是關(guān)鍵技術(shù) 掇據(jù)用途有種種成型方法 不同的成型方法對導(dǎo)電性影響很大 在導(dǎo)電塑料 成型方面 其影響大小如下 注射成型 擠出成型 壓延成型 壓制成型 熱敏導(dǎo)電 材料在采用不同的成型方法時就顯示不閽導(dǎo)電特征 壓制成型過程中 材料中的 導(dǎo)電載流子沒有鰓顯的移動 對材料的導(dǎo)電特性影響不大 成型后變純不大 注 射成型過程中對一道熔融混合過程 使炭黑粒子在注射過程中縱向和橫向重新分 布 反而電阻增大 擠出成型時 在一定的剪切下 使炭黑粒子進(jìn) 步分散 材 料的導(dǎo)電性提高 必此 多研究認(rèn)為最適宜采用麴成型方式為擠出成型 它不僅 導(dǎo)電性好 還具有產(chǎn)量大 連續(xù)性高的特點(diǎn) 成型溫度 壓力及延伸率對電阻值 都有影響 在導(dǎo)電塑料加王成型時 為了取得分散成各向異性的效果及把由于剪 切面造成的炭黑結(jié)構(gòu)破壞減小到最小的限度 般希望加工溫度比普通加王濕度 稍高一些 對一些加有彈性體 橡膠作為基體的導(dǎo)電塑料 往往需要交聯(lián)或加硫 硫化 這時交聯(lián) 加硫條件 混合料麓熟純及存放霉數(shù)等都會影響導(dǎo)電性 b u l g i n l 2 7 1 對加硫方法的影響進(jìn)行過研究 結(jié)果表明 層壓加硫得到的電阻值較低 另外 加硫時間越長 電阻值越低 透過熱處理成型工藝 可使在加工中鏈狀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的炭黑粒子有序化萎 列 形成更有利于導(dǎo)電的排列方式 熱處理使基體結(jié)晶趨于完善 結(jié)晶度提高 使 基體熔阻范圍變窄 在極窄的溫度范圍內(nèi)電阻率迅速提高至三個數(shù)量級 開關(guān)性 好 同時結(jié)晶度提高 質(zhì)量體積變小 在相交溫度時 基體體積膨脹大于來處理 樣品 亦即體積電阻率提高大于后者 p t c 強(qiáng)度增大 熱處理時間越長 p t c 強(qiáng) l o 鞭逾滲熱塑性抗靜電復(fù)合材料的研究 第1 章緒論 度越齏 還有熱敏性材料還需要緩冷處理才有導(dǎo)毫性 l 3 炭黑填充復(fù)會導(dǎo)電離分子材料的雙逾滲行為 對于炭黑填充復(fù)合導(dǎo)電高分子材料 人們最關(guān)心的是在保證材料電性能的前 提下盡可能降低體系中的炭黑含量 由于炭黑填充多相聚合物體系中的雙逾滲行 為能夠使顯著降低此類材料的炭黑逾滲闌僮 囡此這方面的研究愈來愈受到入們 的關(guān)注 2 8 3 3 下面將著重對雙逾滲行為的特性 炭黑粒子的分散狀況 雙逾滲行 為的形成機(jī)理及其應(yīng)用價值等方面作簡要介紹 1 3 1 雙逾滲行為及炭黑粒子的分散狀況 炭黑填充多相聚合物體系的雙逾滲行為被認(rèn)為是炭黑在豆不相容的聚合物組 分中產(chǎn)生的逾滲現(xiàn)象 它是受一相在共混物中形成的結(jié)構(gòu)連續(xù)性和炭黑在該相中 的逾滲行為的影響 也就是 雙途滲行為是由炭黑在一個連續(xù)相孛的途滲過程和該 連續(xù)相在另一聚合物中的逾滲過程組成的1 3 引 炭黑粒子的分布主要受聚合物的表面能湖 聚合物粘度鰳 炭黑粒子尺寸嗍 的影響 對于炭黑填充兩相聚合物體系 如果炭黑在兩相中的分布狀況一樣 其導(dǎo)電 性能和單一聚合物體系近似 如果主要分布在其中的一相或兩相界面 炭黑的有 效導(dǎo)電鏈密度將會增加 其逾滲闕值相應(yīng)降低 文獻(xiàn) 3 4 3 8 4 0 報道了在炭黑填充兩相 聚合物體系中 炭黑粒子主要分布在連續(xù)相中或相界面區(qū)域內(nèi) 可以大幅度降低 逾滲閾值 炭黑粒子在兩相中的不均勻分布造成了炭黑粒子的局部濃縮 有利于 炭黑逾滲網(wǎng)絡(luò)的形成 這是用聚合物共混體系做基體降低炭黑逾滲溺馕的根本原因 1 3 2 雙逾滲現(xiàn)象形成機(jī)理及其影響因素 s u m i t a 4 等用界面理論研究了炭黑填充共混型聚含物復(fù)合材料中雙逾滲現(xiàn)象 的形成機(jī)理 他們通過對炭黑填充h d p e p p p p p m m h d p e p m m a 三種不同 體系的t e m 透射電鏡 圖像觀察發(fā)現(xiàn) 在h d p e p p c b 體系中 c b 主要分布在 h d p e 相中 和c b 在單一h d p e 基體中的分布類似 在p p p m m a c b 中 c b 主要分布在兩相界面區(qū)域 在p m m a 相區(qū)的周圍形成一個殼層 類似的分布在 h d p 聊m m c b 體系中也可以看到 c b 粒子主要分布在h d p e 相中 并在兩相界 面區(qū)域有較高的濃度分布 在h d p e 相送周圍形成一個殼層 由此 他們認(rèn)為炭 黑粒子在共混型聚合物基體中有兩種分布形式 1 主要分布在共混物基體中的一 相中 并且 在這一相中 炭黑的分布和在單個聚合物中分布方式一樣 2 炭黑 集中分布在兩種聚合物界面區(qū)域 類戧的結(jié)果在很多體系中也露察到瑟夠3 3 4 3 6 1 雙逾滲熟塑性抗靜電復(fù)合材料的研究第1 章緒論 s u m i t a 3 7 1 等對由于共混物類型不麓兩造成炭黑的分布狀態(tài)的差異進(jìn)行了髂釋 根 據(jù)楊氏方程 s u m i t a 等得出以下結(jié)論 當(dāng) 口 1 炭黑顆粒分布在a 相中 1 w a l 炭黑顆粒分布在稠爨面區(qū)域 c o a 1炭黑顆粒分布在b 相中 楊氏方程為 線 b r c b a r a b g a 為浸潤系數(shù) y 為表面張力 尸 尸 為分散組分的表面張力 尸為極性組分的表面張力 由以上結(jié)果可以看出 界面能是影響炭黑粒子在聚合物共混體系中分布的最 重要的參數(shù)之一 在p p p m i v l a 和h d p e 磨m m a 基體中 炭黑主要分布在聚合物 兩相界面區(qū)域 對于h d p e p p 炭黑主要分布在h d p e 相中 這些預(yù)測和t e m 電 鏡觀測的圖像結(jié)果一致 l 3 3 雙逾滲現(xiàn)象在實(shí)際中的應(yīng)用 由于雙逾滲是在炭黑填充共混型聚合物材料中形成的一種逾滲行為 可以有效 的降低炭黑的逾滲闕值 提高材料的導(dǎo)電性能 因而具有重要的理論與應(yīng)用價值 1 降低材料的體積電阻率及炭黑的逾滲闕值 體積電阻率及炭黑的逾滲閾值是導(dǎo)電復(fù)合材料的一個重要指標(biāo) 如何在保持 材料固有性能不變的情況下 使材料具有良好的導(dǎo)電性能 這是香前導(dǎo)電材料在 實(shí)際應(yīng)用中急需解決的一個關(guān)鍵問題 文獻(xiàn)報道了雙逾滲行為對導(dǎo)電材料的體積 電阻率和炭黑的逾滲閾值的影響i 翊 該文指出 對于h d p e e v a c b 三元共混體 系 炭羆的途滲闞值為4 2 蚺 相對于h d p e c b e v a c b 的逾滲闕值要低穰 多 在炭黑的逾滲閾值為4 2 w t 處 體積電阻率比h d p e c b e v a c b 低8 個 數(shù)量級 而當(dāng)炭黑量為4 8 t 時 h d p e e v a c b 的體積電阻率為 2 2 3 x 1 0 垃 c m 分別比h d p e c b e v a c b 低1 4 和1 1 個數(shù)量級 在炭黑量相霹 的情況下 同樣的結(jié)果在p s h d p e c b p p p c c b p p p a c b h d p e p m m a c b t 4 0 等三元共混體系中也能看到釋9 4 0 2 減弱n r c n e g a t i v et e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n t 現(xiàn)象 n t c 現(xiàn)象是當(dāng)溫度超過聚合物熔點(diǎn) t m 后材料的電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加 1 2 雙逾滲熱塑性抗靜電復(fù)合材料的研究 第1 章緒論 的一種現(xiàn)象 這種現(xiàn)象在讒多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域是不利的 雙逾滲行為在消除n t c 現(xiàn) 象方面顯示出獨(dú)特的功能 文獻(xiàn)研究高熔點(diǎn)的半結(jié)晶聚合物p v d f 和低熔點(diǎn)聚合 物h d p e 的共混物做基質(zhì)炭黑填充體系中產(chǎn)生雙逾滲行為1 1 5 結(jié)果表明 2 0 w t 炭黑填充p v d f h d p e 1 1 i r r c 0 9 7 i n t c 0 0 2 0 1 e r c 為p t c 強(qiáng)度 4 1 w t 炭 黑填充h d p e i v r c o 8 8 i n t c o 0 8 5 i n r c 為p t c 強(qiáng)度 由此可見雙逾滲行為不 但可以減弱n t c 效應(yīng) 而且不影響材料的p t c 強(qiáng)度 他們認(rèn)為該方法之所以能夠 減弱n t c 效應(yīng) 原因是由子p v d f h d p e c b 共混體系中存在雙途滲行為 當(dāng)溫 度低予p v d f 的熔點(diǎn) p v d f 相阻止了h d p e c b 相的自由擴(kuò)展 限制了炭黑顆粒 的活動能力 以致不能形成新的導(dǎo)電逾滲網(wǎng)絡(luò) 因此n t c 效應(yīng)減弱 3 改善導(dǎo)電復(fù)合材料的加工性能及力學(xué)性能 導(dǎo)電復(fù)合材料的加工性能及力學(xué)性能是材料在實(shí)際應(yīng)用中很重要的性能指 標(biāo) 如何能傻材料的導(dǎo)電性能與加工性能及力學(xué)性能不相矛蔣 炭黑的逾滲閾值 是最關(guān)鍵的一個因素 而雙逾滲行為是降低炭黑的逾滲閾值的最佳途徑 益小蘇 4 l j 利用e v a 改善p e c b 體系的力學(xué)性能 結(jié)果表明 體系的斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長均 較p e c b 二元體系要好 特別是c b 含量較少時 效采更加驥顯 雖然有關(guān)這方 面問題報道的較少 但是在制備導(dǎo)電材料時必須兼顧材料的電性能及力學(xué)性能 1 4 本論文研究的目的和內(nèi)容 1 4 1 基本目的和思路 星前國內(nèi)外己辯復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料進(jìn)行了較廣泛研究