調(diào)控碳納米管分布制備共混物導(dǎo)電復(fù)合材料的研究.pdf

1、復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是將導(dǎo)電填料添加到聚合物基體中制得的一種具有導(dǎo)電性能的復(fù)合材料。由于其在電子器件、電磁屏蔽材料、抗靜電材料、化學(xué)傳感器等方面廣闊的應(yīng)用前景，近來受到了越來越多的關(guān)注。常用的導(dǎo)電填料包括炭黑(Carbonblack，CB)、碳納米管(Carbon nanotubes，CNTs)、石墨、金屬粉末等，其中CNTs因其較大的長徑比及優(yōu)異的導(dǎo)電性能得到了廣泛的青睞。將CNTs添加到單一聚合物中時，不僅可以提高材料的導(dǎo)電性能，并

2、且能夠降低逾滲閾值。如果在此基礎(chǔ)上將單一聚合物替換成具有雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的不相容共混物，材料的逾滲閾值會進一步降低，這就是著名的“雙逾滲”導(dǎo)電機理。然而，從生產(chǎn)成本、加工成型和實際應(yīng)用等方面考慮，復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的逾滲閾值越低越好。因此，制備逾滲閾值更低的碳納米管填充型共混物導(dǎo)電復(fù)合材料具有重要的研究意義。
　　本論文以探索低逾滲閾值碳納米管填充型共混物導(dǎo)電復(fù)合材料的制備工藝為目的，首先研究了不相容共混物中雜化導(dǎo)電填料(CNTs/C

3、B)對材料微觀形貌和電學(xué)性能的影響;同時，通過固定復(fù)合材料一種填料含量的同時改變另一種填料的含量，探究了制備共混物導(dǎo)電復(fù)合材料的最優(yōu)方案。另外，通過綜合CNTs在共混物中分布的影響因素，利用增容劑、有機改性蒙脫土（Organic Montmorillonite，OMMT）和氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)調(diào)控CNTs成功分布在不相容共混物界面處，并研究了CNTs界面分布對材料微觀形貌和電學(xué)性能的影響。主要研究成果如下:<

4、br>　　(1)通過將CNTs和CB引入到尼龍6(Polyamide6，PA6)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（Acrylonitrile butadiene Styrene copolymers，ABS）共混物中制備了四元納米復(fù)合材料，形貌表征發(fā)現(xiàn)CB和CNTs均選擇性分布在PA6/ABS共混物PA6相中，這是由于PA6相較ABS具有更強的極性以及更低的粘度;理論計算表明CNTs/CB雜化填料對復(fù)合材料電學(xué)性能的提高具有一定的協(xié)同作用

5、，可以減少制備導(dǎo)電復(fù)合材料所需CNTs含量，降低加工難度和生產(chǎn)成本。此外，通過對比CNTs對含CB復(fù)合材料電學(xué)性能以及CB對含CNTs復(fù)合材料電學(xué)性能的影響發(fā)現(xiàn)，將CNTs添加到CB含量同定的三元復(fù)合材料中是一種更為有效的制備導(dǎo)電復(fù)合材料的方法。
　　(2)分別向聚丙烯(Polyprolene，PP)/聚苯乙烯(Polystyrene，PS)/CNTs和聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)/ABS/CNTs中分別引入與CN

6、Ts親和力更強的增容劑SEBS接枝馬來酸酐(maleic anhydride grafted SEBS，SEBS-g-MA)和ABS接枝馬來酸酐（maleic anhydride grafted ABS，ABS-g-MA）后，通過合適的加工順序可以引導(dǎo)CNTs分布在共混物界面處，這一結(jié)果與熱力學(xué)預(yù)測相符;另外，通過形貌觀察可以發(fā)現(xiàn)共混物的相疇尺寸在增容劑和CNTs共同作用下明顯降低。
　　在PP/PS/SEBS-g-MA/CNTs

7、體系中，當(dāng)以(PS+SEBS-g-MA)/CNTs為母料時，可以發(fā)現(xiàn)大部分CNTs以團聚體形式分布在PS中，此時材料的逾滲閾值高達(dá)1.22 wt％;當(dāng)以(PP+SEBS-g-MA)/CNTs為母料時，大量CNTs分布在共混物界面處時，此時材料的逾滲閾值僅為0.66 wt％。
　　在PC/ABS/ABS-g-MA/CNTs體系中，當(dāng)以PC/CNTs為母料時，大部分CNTs分布在PC相中，材料的逾滲閾值為0.22 wt％;當(dāng)以ABS-

8、g-MA/CNTs為母料時，可以清楚地觀察到大量CNTs分布在共混物界面處，此時材料的逾滲閾值僅為0.05 wt％，是迄今為止在碳納米管填充型共混物導(dǎo)電復(fù)合材料中得到的最低逾滲閾值。
　　(3)通過將OMMT（0.05 Wt％-0.25 wt％）添加到PC/聚偏二氟乙烯(Polyvinylidenefluoride，PVDF)/CNTs中制備了四元納米復(fù)合材料。形貌表征發(fā)現(xiàn)，OMMT的加入促使復(fù)合材料從海島結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p連續(xù)結(jié)構(gòu)。電

9、學(xué)性能測試表明，復(fù)合材料的體積電阻率隨著OMMT含量的增加均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，這與體系中CNTs不同的分布狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)OMMT含量為0.1 wt％，CNTs會停留在共混物界面處，這是由于適量OMMT的加入可以阻礙CNTs從與其親和力較弱的PVDF相遷移到與其親和性較強的PC相中，此時復(fù)合材料具有最低的體積電阻率;當(dāng)OMMT含量大于0.1 wt％時，由于PC相粘度進一步下降，CNTs會重新遷移到PC相中。同時，當(dāng)OMMT含量為0.1

10、 wt％時，復(fù)合材料具有極低的逾滲閾值(0.06 wt％)。
　　(4)通過將GO引入到聚乳酸(Polylactide，PLLA)/乙烯-醋酸乙烯共聚物(Ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA)/CNTs中制備了四元納米復(fù)合材料，形貌表征發(fā)現(xiàn)位于界面處的GO可以引導(dǎo)更多的CNTs分布在共混物界面處，這歸因于GO和CNTs兩種填料之間較強的“π-π”相互作用以及不同的遷移速度，此時材料的電阻率會大幅