碳基高分子復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、富勒烯、碳納米管、石墨烯等碳納米材料因具有獨(dú)特物理和化學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、電子工業(yè)、磁性材料、光電材料、分子器件、汽車(chē)工業(yè)、隱身技術(shù)等領(lǐng)域。膨脹石墨因其具有較大的比表面積和特殊形態(tài)，易于在聚合物基體中形成導(dǎo)電通道，在改善聚合物的電性能，力學(xué)性能方面具有廣闊的應(yīng)用前景。利用納米插層技術(shù)制備出低滲濾閾值的碳基導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。
　　本文分別以聚丙烯、聚乙烯為基體，以碳材料為填料，制備了膨脹石墨/多壁碳納

2、米管/聚丙烯(EG/MWCNTs/PP)、膨脹石墨/炭黑/聚乙烯(EG/CB/PE)高分子導(dǎo)電復(fù)合材料，采用差示掃描量熱儀(DSC)、熱失重儀(TGA)、萬(wàn)能拉力機(jī)、掃描電子顯微鏡(SEM)等不同的表征手段研究了碳材料用量對(duì)聚合物復(fù)合材料性能影響。研究結(jié)果表明:
　　1.在膨脹石墨/多壁碳納米管/聚丙烯(EG/MWCNTs/PP)體系中，片層狀膨脹石墨和纖維狀多壁碳納米管在聚丙烯基體中形成了完整而穩(wěn)定的導(dǎo)電“網(wǎng)絡(luò)”，而且具有良好的

3、分散效果，致使聚丙烯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率明顯提高，在EG/MWCNTs=0.1/0.1份時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到最大值。復(fù)合碳基材料的加入，影響了聚丙烯的結(jié)晶行為，改善了聚丙烯復(fù)合材料的耐熱性能，顯著提高了聚丙烯復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，其逾滲閥值在到EG/MWCNTs為0.1/0.1到0.5/0.5份之間。聚丙烯體系非等溫結(jié)晶數(shù)據(jù)符合莫氏方程。通過(guò)Kissinger方法計(jì)算出，當(dāng)填料EG/MWCNTs=0.1/0.1

4、份，復(fù)合材料體系的結(jié)晶活化能最低，隨著所加入填料含量的不斷增加，結(jié)晶活化能逐漸增大。
　　2.在膨脹石墨/炭黑/聚乙烯(EG/CB/PE)體系中，層狀膨脹石墨和球狀炭黑在聚乙烯基體中均勻分散，炭黑在體系中起到了“橋梁”作用，與膨脹石墨形成了穩(wěn)定的空間導(dǎo)電通道。由于這兩種導(dǎo)電填料間隙之間的隧道效應(yīng)使得聚乙烯基復(fù)合材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。當(dāng)EG/CB=0.2/0.4份時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到最小值。聚乙烯體系非等溫結(jié)晶過(guò)