碳納米管填充PC復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、本論文以多壁碳納米管（MWNTs）為導(dǎo)電填料，聚碳酸酯（PC）為基體，通過(guò)熔融共混和熱壓的方法制備了聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料。研究了填料含量、形態(tài)結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)成分對(duì)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性能的影響，并利用動(dòng)態(tài)滲流測(cè)量技術(shù)研究了MWNTs填充復(fù)合材料導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。研究的重點(diǎn)是在電場(chǎng)作用下，碳納米管種類、表面性質(zhì)對(duì)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成的影響，并建立復(fù)合體系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成的熱力學(xué)滲流模型。
　　 研究結(jié)果表明，MWNT、s-MWNT和

2、MWNT-COOH填充PC復(fù)合材料的室溫電性能都呈現(xiàn)明顯的滲流現(xiàn)象，滲流閾值分別為1.66vol％、3.58vol％和>3.48vol％，由于MWNT較大的長(zhǎng)徑比導(dǎo)致了PC/MWNT體系的滲流閾值很低。利用經(jīng)典滲流理論擬合室溫電阻率隨導(dǎo)電填料含量變化的曲線并用MATLAB軟件分析，結(jié)果表明經(jīng)典滲流理論可以很好的模擬室溫電阻率和填料含量的關(guān)系曲線。
　　 在非電場(chǎng)條件下，利用動(dòng)態(tài)滲流測(cè)試方法研究了PC熔體中碳納米管導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成的動(dòng)

3、力學(xué)過(guò)程。結(jié)果表明，隨著熱處理溫度和導(dǎo)電填料含量的增加其滲流時(shí)間將逐漸減少。PC/MWNT、PC/MWNT-COOH和PC/s-MWNT體系形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的活化能分別為116、123和98kJ/mol，其活化能值的大小與填料形態(tài)結(jié)構(gòu)、填料與基體間相互作用力有關(guān)。此外，我們利用經(jīng)典滲流理論和Zhang等的動(dòng)力學(xué)聯(lián)合模型對(duì)等溫?zé)崽幚淼膭?dòng)態(tài)滲流曲線擬合結(jié)果表明，聯(lián)合模型可以很好地模擬動(dòng)態(tài)滲流過(guò)程中電阻率隨時(shí)間的變化曲線。
　　 通過(guò)研究

4、PC/s-MWNT和PC/s-MWNT-COOH體系在電場(chǎng)作用下的動(dòng)態(tài)滲流現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加滲流時(shí)間急劇下降，這主要?dú)w因于電場(chǎng)誘導(dǎo)碳納米管排列加速了碳納米管的團(tuán)聚并形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)?；贏rrhenius方程、經(jīng)典滲流理論和Zhang等的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成動(dòng)力學(xué)模型提出了新的預(yù)測(cè)聚合物零剪切粘度的模型。此外，對(duì)外加電場(chǎng)下LDPE/CB、LDPE/s-MWNT、PC/CB、PC/s-MWNT四種復(fù)合體系動(dòng)態(tài)滲流現(xiàn)象進(jìn)行比較，表明聚合物基導(dǎo)