【摘 要】
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聚合物基复合材料是一种将聚合物基体与不同特性的填料混合制备的具有导电性、导热性或阻燃性等的功能材料。热塑性塑料是人们日常生活中使用最多的塑料,具有可反复多次熔融
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聚合物基复合材料是一种将聚合物基体与不同特性的填料混合制备的具有导电性、导热性或阻燃性等的功能材料。热塑性塑料是人们日常生活中使用最多的塑料,具有可反复多次熔融凝固、易加工、易成型等特性。因此以热塑性塑料为基体的复合材料又具有耐腐蚀、质轻以及可重复利用等特点,在制造抗静电、抗电磁干扰(EMI)、导电和导热产品领域内应用很广,得到研究者们的注意。目前最常用的构建复合材料导电网络的方法是填料自组装法,但自组装导电网络因自组装力不够强,导致填料间距不可控,网束不够密实,可以使得聚合物具有导电性能,但其电导率比导电填料本身的电导率低许多,但仍不能达到高导电的状态。基于以上分析,本课题采用空间限位强制组装法(SCFNA)制备导电复合材料的方法,开展以热塑性塑料为基体的导电复合材料的实验研究。通过实验制备单一填料、二元填料、不同填料形状、浓度及厚度的试样,并测试其导电性、研究导电网络的构建情况,论证SCFNA法在热塑性基体中的适用性。主要研究内容包括:(1)采用SCFNA法制备的碳纤维/聚丙烯复合材料的逾渗浓度降低至4.2wt%,复合材料电导率大幅提高,较常规方法制备的复合材料提高了 4个数量级;采用SCFNA法制备了鳞片石墨/聚丙烯复合材料,复合材料电导率较常规方法制备的复合材料提升程度最大达到200倍以上。验证了 SCFNA法对热塑性基体的可适用性,证明了导电网络的密实度是影响导电性的重要因素。同时还研究了强制组装、填料浓度及微结构对复合材料导电性的影响。(2)SCFNA法对不同形状导电填料所形成的导电网络均可起到强制组装作用,但是填料形状会影响导电网络中的有效接触点数目,从而影响导电性能,纤维状填料更易形成密实的网络。(3)采用SCFNA法制备了二元填料体系的导电复合材料,分别在10wt%碳纤维/聚丙烯复合材料中加入质量分数为0.25wt%、0.5wt%的石墨烯,发现复合材料加入少量纳米级填料,导电性能即可大幅提升,因此可制备低填充量、高电导率的复合材料。
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