炭黑本征性能與其填充聚乙烯復合材料導電性能的研究.pdf

1、炭黑作為一種傳統(tǒng)的炭材料,其獨特的結構和良好的導電導熱性能,使其在熱學、電化學、力學等領域有著廣泛的應用。在前人對碳纖維、中間相瀝青等材料的研究中,高溫熱處理可以顯著提高易石墨化炭材料的導電性能。然而人們對炭黑的導電性能在不同處理溫度下變化的機理還不甚明確。由于炭黑具有良好的導電性,可以將其填充在聚合物中,從而顯著改善復合材料的機械性能和導電性能。由于在聚合物中直接添加炭黑無法得到性能優(yōu)良的導電復合材料,因此,需要通過改進復合材料加工工

2、藝和對炭黑進行修飾來提高復合材料性能。
　　在本工作中,我們選擇N330、乙炔黑、科琴炭黑這三種常見的炭黑作為模型,對其進行不同程度的熱處理,首先考察了熱處理下炭黑初級顆粒的結構及形貌的變化以及進而引起的炭黑物理和化學性能的改變；其次,探究了不同復合工藝和高溫改性炭黑對復合材料導電性及機械性能的影響。得出以下結論:
　　1.對N330、乙炔黑、科琴炭黑進行了不同溫度的熱處理。發(fā)現(xiàn)經過2800℃處理之后,炭黑的比表面積和結構度

3、均降低,聚集體尺寸減小。在高于1500℃時,隨著熱處理溫度的升高,其結晶度與有序性逐漸增大,逐漸形成多面體結構,且炭黑結構的改善程度與炭黑粒徑有關,粒徑大的炭黑石墨化程度更大。
　　2.對N330、乙炔炭黑、科琴炭黑進行了本征導電性的研究。發(fā)現(xiàn)隨著對炭黑熱處理溫度的升高,炭黑的電阻率呈先下降后上升的趨勢,在1500℃附近具有電阻率最低值。通過建立炭黑導電模型,探究了其導電性隨處理溫度變化的原因:處理溫度高于1500℃時,雖然炭黑微

4、觀結構得以改善,載流子遷移速率得以提高,但是由于載流子濃度的大幅下降,因此其電阻率呈現(xiàn)反常上升的趨勢。
　　3.以高密度聚乙烯(HDPE)為高分子基體,以N330和乙炔炭黑及其石墨化之后的樣品為導電填料,分別采用熔融共混法和溶液共混法制備了導電復合材料,并研究了其電學和力學性能。結果發(fā)現(xiàn):與加入未石墨化炭黑的高密度聚乙烯復合材料相比,加入石墨化炭黑后復合材料的滲濾閾值和體積電阻都有所增大,拉伸強度和模量下降,斷裂伸長率提高。與熔融