新型高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料的制備及性能的研究.pdf

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