苯乙烯系聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、填充型復(fù)合導(dǎo)電塑料是一種理想的抗靜電、電磁屏蔽材料，廣泛應(yīng)用于便攜式電源、塑料芯片、機(jī)器人、顯示器、生命科學(xué)、航天和太陽能等領(lǐng)域，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的高分子材料之一。石墨烯納米片(GNF)，由于它獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)，使得GNF在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等方面都具備優(yōu)異的性能，成為近年來的研究熱點(diǎn)。相比碳納米管(CNT)，GNF具有更大的比表面積，因此，GNF在很多方面的性能優(yōu)于CNT。
　　本文分別以聚苯乙烯(PS)和聚丙烯腈-苯乙烯

2、共聚物(AS)、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)為基體，以GNF和CNT為導(dǎo)電填料，采用溶液混合法制備了一系列導(dǎo)電復(fù)合材料，通過研究發(fā)現(xiàn):
　　PS復(fù)合材料中，CNT與基體相容性稍差，相界面明顯，有明顯pull-out效應(yīng);GNF與聚苯乙烯的相容性較好，填料與基體結(jié)合緊密，形成了良好的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。兩種填料加入基體后，都使體系的粘度(η*)、儲能模量(G')和損耗模量(G")隨填料量的增大而上升，GNF填充的復(fù)合材料具有較

3、好的流變行為。通過導(dǎo)電性能分析發(fā)現(xiàn)，兩種填料都在1.0 vol.％達(dá)到逾滲閾值，2.0 vol.％之后電導(dǎo)率基本穩(wěn)定，PS/CNT復(fù)合材料電導(dǎo)率最高達(dá)到0.1 S/m，而PS/GNF復(fù)合材料最高達(dá)到0.16 S/m。PS/GNF復(fù)合材料表現(xiàn)出較好的力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能，當(dāng)填料量為5 vol.％時(shí)，PS/GNF復(fù)合材料的熱導(dǎo)率高達(dá)0.88 W/(m·K)，而PS/CNT復(fù)合材料只有0.56 W/(m·K)。
　　在AS復(fù)合材料體系中，

4、由于AS的極性作用使之與填料表面的基團(tuán)發(fā)生相互作用，兩種填料均表現(xiàn)出較好的相容性，填料與基體結(jié)合緊密，分散均勻。由于AS與PS相似的結(jié)構(gòu)特性，兩者表現(xiàn)出及其相似的流變特性。由于強(qiáng)相互作用，兩種填料都在0.5 vol.％達(dá)到導(dǎo)電逾滲閡值，2.0 vol.％之后隨填料量的加入電導(dǎo)率變化很小，填料量為5.0 vol.％時(shí)，AS/CNT復(fù)合材料的電導(dǎo)率最高達(dá)到0.14S/m，而AS/GNF復(fù)合材料的電導(dǎo)率為0.154S/m。由于GNF巨大的比表

5、面積優(yōu)勢，當(dāng)填料量為5 vol.％時(shí)，AS/GNF復(fù)合材料的熱導(dǎo)率高達(dá)0.88 W/(m·K)，而AS/GNF復(fù)合材料只有0.44 W/(m·K)。隨填料量的增加復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度先減小后增大，沖擊強(qiáng)度出現(xiàn)相反變化趨勢，AS/CNT復(fù)合材料表現(xiàn)出更好的力學(xué)性能。
　　在ABS復(fù)合材料體系中采用了溶液混合法和熔融共混法相對比，SEM結(jié)果表明，利用溶液混合法制得的樣品，填料分散更好，CNT與ABS基體相容性較好，相界面模糊。GNF剝離

6、得比較充分，均勻的穿插到基體中。溶液法所得樣品更高的粘度(η*)、儲能模量(G')、和損耗模量(G")，頻率依賴性較低。溶液法所制得的樣品具有更高的電導(dǎo)率，在3 vol.％時(shí)，兩種方法所得ABS/CNT復(fù)合材料的電導(dǎo)率相差3個(gè)數(shù)量級。在2 vol.％時(shí)，溶液法所得ABS/GNF復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為0.62 W/(m·K)，而熔融共混法所得ABS/GNF復(fù)合材料的熱導(dǎo)率僅有0.47W/(m·K)。熔融混合法所得的樣品均表現(xiàn)出較好的力學(xué)性能和