新型高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料的制備及性能的研究.pdf_第1頁(yè)
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1、近年來(lái)隨著航空工業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,為我們的生活帶來(lái)了極大的便利,但與此同時(shí)也帶來(lái)了巨大的電磁污染。因此,電磁屏蔽及其防護(hù)材料的研究引起了世界各國(guó)的極大關(guān)注。導(dǎo)電高分子材料也因此應(yīng)運(yùn)而生。在光、電、磁、聲等方面具有特殊性能的且具有優(yōu)良的成型加工性能的高分子材料,特別是復(fù)合型導(dǎo)電高分子的研究,是現(xiàn)在導(dǎo)電聚合物材料研究的重要方向。
   本文在課題組研究的基礎(chǔ)上,在尼龍6(PA6)/膨脹石墨(EG)復(fù)合材料中加入經(jīng)低溫等離子

2、體處理的碳纖維作為其增強(qiáng)增韌填料,通過(guò)熔融共混的方法制備了導(dǎo)電復(fù)合材料。同時(shí)研究了導(dǎo)電復(fù)合材料材料的微觀結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電與介電性能、結(jié)晶性能、流變行為和材料力學(xué)性能等,并討論了雙螺桿擠出放大試驗(yàn)過(guò)程中所遇到的基本問(wèn)題,分析了配方和工藝對(duì)體系性能的影響,提出相應(yīng)的解決辦法。
   本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于:選用經(jīng)低溫等離子體處理的CF作為增強(qiáng)導(dǎo)電材料,制備了新型高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料。等離子體處理法具有清潔高效的特點(diǎn),是未來(lái)材料表面處理方法的趨勢(shì)。另

3、外,在導(dǎo)電復(fù)合材料生產(chǎn)放大實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)密度較低的可膨脹石墨,采用密閉輸送和強(qiáng)制喂料系統(tǒng)的一體化加料方式,很好的解決了在生產(chǎn)過(guò)程中帶來(lái)的粉塵污染問(wèn)題和輕質(zhì)填料的加料方式問(wèn)題。另外,在雙螺桿擠出工藝中,聚合物基體的選擇性很好,在制備不同聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用推廣有著重要的意義。論文的主要研究結(jié)果如下:
   1.低溫氧等離子體處理制備PA6/EG/CF導(dǎo)電復(fù)合材料及性能的研究
   選用經(jīng)低溫氧等離子體處理的CF作為

4、增強(qiáng)材料,采用熔融共混的方法制備了PA6/EG/CF導(dǎo)電復(fù)合材料,由于CF具有一定的導(dǎo)電性能,和膨脹石墨的協(xié)同效應(yīng),提高復(fù)合材料的導(dǎo)電能力,加上它的優(yōu)良的力學(xué)性能也改善了材料的力學(xué)性能。當(dāng)CF質(zhì)量份數(shù)為15phr時(shí),在保持復(fù)合材料材料導(dǎo)電性能的基礎(chǔ)上,有效的提高了材料的力學(xué),拉伸和彎曲強(qiáng)度分別為118MPa和178MPa,分別是PA6/EG復(fù)合材料的2.6倍和2.3倍,復(fù)合材料的強(qiáng)度有了很大的提高。運(yùn)用TG、DMA、DSC以及流變儀等分

5、析手段研究了PA6/EG/CF復(fù)合材料體系的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、導(dǎo)電性能、力學(xué)性能、流變性能以及熱性能的相關(guān)情況。
   2.低溫等離子體處理對(duì)纖維表面性能的影響研究
   采用氧、氬氣等離子體處理碳纖維,通過(guò)SEM、DMA、EPR、AFM等對(duì)CF表面進(jìn)行表征,結(jié)果表明經(jīng)等離子體處理后CF的表面性能有很大改善。通過(guò)導(dǎo)電性和一系列力學(xué)性能的測(cè)試,表明CF在經(jīng)過(guò)等離子體處理后,纖維與基體的結(jié)合能力得到提高,使得PA6/EG/CF導(dǎo)

6、電復(fù)合材料的導(dǎo)電性和力學(xué)性能均有所提高。
   3.新型高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料的生產(chǎn)放大實(shí)驗(yàn)研究
   基于PA6/EG/CF體系表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)異性能,采用雙螺桿擠出方法,制備了PA6/EG/CF導(dǎo)電復(fù)合材料,考察了原料配方和生產(chǎn)工藝對(duì)材料性能的影響。通過(guò)SEM、DMA等對(duì)共混物進(jìn)行表征,結(jié)果表明CF與PA6相容性良好。通過(guò)導(dǎo)電性和一系列力學(xué)性能的測(cè)試,經(jīng)雙螺桿擠出法制得的PA6/EG/CF導(dǎo)電復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱性能有所提高

7、,但同組分下材料的導(dǎo)電性能有所降低。
   4.放大實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及相應(yīng)的解決方法
   在擠出放大實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,為了防止降解,降低物料的停留時(shí)間,采用高的轉(zhuǎn)速同時(shí)減少CF束數(shù)或采用低K數(shù)的CF,以制備低纖維含量的導(dǎo)電復(fù)合材料。高螺桿轉(zhuǎn)速下的CF受剪切程度增加,造成過(guò)度剪切,使體系的力學(xué)性能下降。因此,采用增加CF束數(shù),中等轉(zhuǎn)速的條件制備高纖維含量的導(dǎo)電復(fù)合材料。另外,復(fù)合材料的熔體(245℃)表現(xiàn)出明顯的剪切變稀行

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