炭黑聚丙烯导电复合材料的电性能和形态研究

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1、四川大学硕士学位论文炭黑／聚丙烯导电复合材料的电性能和形态研究材料学专业研究生杨波指导教师郭少云教授本论文以聚丙烯(PP)为基体，以炭黑(CB)为导电填料，利用熔融共混的方法制备聚丙烯导电复合材料。重点研究了引入第三组分乙烯．丙烯酸共聚物(EAA)，尼龙6(PA6)及碳纳米管(cn订§)对CB／PP体系的电性能及结构形态的影响。详细讨论了CB粒子的分散状况、复合材料的微观结构形态、结晶行为以及环境温度的改变与复合材料电性能之间的关系，探讨了其机理。主要研究结果如下：(1)室温电性iiiii试结果表明：在CB／PP体系中加入第三组分EAA或PA6，复合材料的体积电阻率显著下降。当PP／EAA质量

2、比为60／40的时候，材料的导电性能最佳。PP／PA6质量比为80／20时体系电阻率下降最明显。采用CB／CNTs(质量比19：1)复合填料填充PP得到的电性能要优于单独填充其中一种导电填料。(2)SEM观察发现：在CB／PP体系中，CB粒子均匀分散在PP基体中，但是在较小的炭黑含量下，很多地方未形成连续分布。在CB／PP．EAA和CB／PP—PA6体系中，CB选择性地分散于EAA或PA6相中，在PP中的含量很少。在CB／PP．EAA体系中，EAA呈条状伸长结构分散在PP中，并且随着EAA含量的增加，伸长结构之间更易形成连续的导电通路。在CB／PP—PA6体系中，PA6相在PP基体中能够形成纤

3、维状伸长结构，并且纤维之间大部分能形成相互搭接的连续结构。(3)阻．温关系测试表明：CB／PP复合材料的PTC强度达6个数量级，并且NTC效应也非常明显。复合材料的PTC行为与材料的结晶熔融过程密切四川大学硕士学位论文(4)(5)相关。在升温过程中，CB／PP—EAA体系没有产生明显的电阻率突跃，复合材料出现最大电阻率的峰是由EAA产生的。CB／PP．PA6体系没有产生PTC效应，体系在较宽的温度范围内具有非常稳定的电阻率值，并具有较好的热循环稳定性。这进一步说明了CB是选择性分散在EAA或PA6相中的。DSC结果表明：由于CB粒子的异相成核效应，填充一定量CB使EAA、PP的结晶温度均向高温

4、方向移动12℃左右。CB／PP．EAA体系中PP的结晶温度相对CB／PP体系降低了7℃左右，EAA的结晶度下降。说明在双基体体系中，CB对PP结晶的成核作用减小，对13AA的结晶起一定的阻碍作用，因此可以推测CB主要分散在EAA相里，在PP中含量较少。动态流变测试表明：在CB／PP体系中，随着CB含量的增加，G’对r_o的依赖性逐渐降低，当炭黑体积含量妒>O．05时，出现了“第二平台”，表明CB粒子与PP基体之间相互作用，形成了网络结构。当∞=O．025时，在低频区，随着CB／PP—EAA体系中EAA含量的增加，复合体系的G‘增加，而CB填充PP／EAA(60／40)体系的G’值高于CB填充P

5、P／EAA(50／50)体系。复合材料的流变行为与材料的电性能及SEM形貌结果密切相关。随着EAA含量增加，CB／PP。EAA体系的粘度降低。关键词：聚丙烯、炭黑、碳纳米管、乙烯．丙烯酸共聚物、尼龙6、导电复合材料、体积电阻率H四川大学硕士学位论文ConductivePropertyandMorphologyofCarbonBlack／PolypropyleneConductiveCompositesABSTRACTInthiswork，basedoncarbonblack(CB)，polypropylene(PP)conductivecompositeswerepreparedviamelt

6、mixing．neobjectiveofpresentstudyWastoinvestigatetheeffectsofthethirdcomponent，includingethylene-acrylic-acid(EAA)，nylon6(PA6)andcarbonnanotubesontheconductivepropertyandmorphologyofCB／PPsystem．TherelationshipsbetweentheconductivepropertiesofthesecompositesandthedispersedstateofCB，microscopicmorpholo

7、gyofthecomposites．crystallinebehaviorsofpolymersandenvironmentaltemperaturewercdiscussed．Themechanismswerestudied．11lemainworksandconelusionswereasfollows：(1)Theresultsofconductivitytestingrevealedtha