碳化纖維抗靜電復(fù)合涂層的制備及性能研究.pdf

1、抗靜電復(fù)合涂層在航空航天、電子、軍事等領(lǐng)域有著極為重要的應(yīng)用。填充型抗靜電復(fù)合涂層以其加工工藝簡單、制備成本較低、機(jī)械性能優(yōu)越等特點，成為了最主要的抗靜電復(fù)合涂層種類?？轨o電復(fù)合涂層必須具備適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率，這要求填充料的含量必須達(dá)到一定程度。常見的粉末型填充料添加量很大，對基體樹脂的機(jī)械性能會造成破壞。碳纖維作為導(dǎo)電填料，具有質(zhì)輕、導(dǎo)電性能好、添加量少等優(yōu)點，但由于其介電損耗和介電常數(shù)過高，影響了其實際使用。本課題通過調(diào)整碳化工藝，制備了

2、介電性能優(yōu)越、電導(dǎo)率可控的低溫碳化纖維，并制備了以彈性聚氨酯樹脂為基體涂料的抗靜電復(fù)合涂層。
　　本文研究了碳化工藝對低溫碳化纖維體電阻率的影響，并通過元素分析儀(EA)、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、X射線衍射儀(XRD)等手段對其進(jìn)行表征，分析了纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化對體電阻率的影響。結(jié)果表明:碳化溫度是影響纖維體電阻率的關(guān)鍵因素;隨著碳化溫度的升高，纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，結(jié)晶度逐漸升高;600～900℃碳化的纖維其電阻率可以調(diào)控在

3、103～10-2Ω·cm之間;適當(dāng)?shù)难娱L保溫時間有助于纖維體電阻率的降低。分析了不同預(yù)氧化工藝對低溫碳化纖維的影響，發(fā)現(xiàn)碳化溫度較低時，預(yù)氧化程度越大，纖維體電阻率越低。比較了濕法紡絲原絲、干噴濕紡原絲、靜電紡絲原絲制備成低溫碳化纖維后體電阻率的差異。探究了碳化溫度對纖維介電性能的影響和作用規(guī)律。
　　碳化纖維抗靜電復(fù)合涂層的表面電阻率主要受碳化纖維的體電阻率、長度和含量的影響。體電阻率越低，復(fù)合涂層形成完整導(dǎo)電通路后的表面電阻率

4、就越低;碳化纖維的長度越大，越容易在涂層內(nèi)部形成導(dǎo)電通路;隨著碳化纖維含量的增加，涂層突然開始導(dǎo)電，然后進(jìn)入逾滲轉(zhuǎn)變區(qū)域，繼續(xù)增加纖維含量，涂層的表面電阻率下降緩慢。通過比較不同電壓下表面電阻率的測試結(jié)果，證明了碳化纖維復(fù)合涂層內(nèi)存在隧道效應(yīng)和場致發(fā)射效應(yīng)。同時通過比較不同填充料的復(fù)合涂層的導(dǎo)電特性，發(fā)現(xiàn)了碳化纖維抗靜電復(fù)合涂層具備的“尖端效應(yīng)”優(yōu)勢。纖維在涂料基體中均勻的分散是制備網(wǎng)絡(luò)化抗靜電涂層的前提和關(guān)鍵。通過研究分散時間、超聲時

5、間對纖維分散性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)制備短切纖維和樹脂混合料時，應(yīng)采取高速攪拌和低速攪拌相結(jié)合的方法:先以800 r/min的速度分散5 min，再以2000 r/min的速度攪拌20 min，纖維即可達(dá)到良好的分散狀況。采用質(zhì)量分散系數(shù)β來評價纖維分散的均勻程度。結(jié)果表明:纖維長度低于4mm時，容易獲得均勻的分散體系。纖維含量對復(fù)合涂層表面電阻的分散性有著關(guān)鍵性的影響，為保證其均勻性，纖維的含量應(yīng)該避開逾滲轉(zhuǎn)變區(qū)域。另外，本課題還探討了樹脂