超臨界流體發(fā)泡制備聚碳酸酯基導(dǎo)電納米復(fù)合材料泡沫及其結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料在包裝、傳感器、靜電防護(hù)和電磁屏蔽等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料由電絕緣的聚合物基體和導(dǎo)電填料組成，為了獲得令人滿(mǎn)意的導(dǎo)電功能特性，往往需要添加較高含量的導(dǎo)電粒子。但是，高填料含量會(huì)導(dǎo)致分散困難和材料力學(xué)性能劣化，尤其是聚合物的韌性會(huì)受到顯著影響。因此，針對(duì)聚合物復(fù)合材料功能特性和韌性難以兼顧的問(wèn)題，本文提出了通過(guò)超臨界流體發(fā)泡技術(shù)在聚合物納米復(fù)合材料中引入大量微泡孔，利用微

2、泡孔的有效增韌作用來(lái)克服納米填料帶來(lái)的脆性問(wèn)題，從而制備兼具優(yōu)良導(dǎo)電性能和綜合力學(xué)性能的輕質(zhì)聚合物納米復(fù)合材料泡沫。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴采用熔體共混法制備了聚碳酸酯/碳納米管（PC/CNT）復(fù)合材料，并通過(guò)超臨界流體發(fā)泡技術(shù)制備復(fù)合材料泡沫。研究了超臨界CO2發(fā)泡過(guò)程中飽和條件及發(fā)泡條件對(duì)氣體溶解、氣泡成核及生長(zhǎng)的影響。通過(guò)發(fā)泡條件的調(diào)控，制備了一系列泡孔密度在105～1012 cells·cm-3、泡孔平均直徑在0.5—

3、100μm范圍內(nèi)的PC與PC/CNT復(fù)合材料泡沫。增大飽和壓力、降低飽和溫度、提高發(fā)泡溫度，有利于制備具有泡孔尺寸小、泡孔密度高的泡沫材料。通過(guò)在特制模具中的受限發(fā)泡，制備了尺寸規(guī)整性好的泡沫材料樣品，為后續(xù)性能測(cè)試提供保證。另外，CNT的有效異相成核作用顯著提高了材料的泡孔密度并降低了泡孔尺寸。
　　⑵通過(guò)調(diào)節(jié)超臨界流體發(fā)泡條件，制備了一系列具有微孔結(jié)構(gòu)的PC/CNT復(fù)合材料泡沫，并研究了其導(dǎo)電性能、電磁屏蔽性能與力學(xué)性能。討論

4、了泡孔結(jié)構(gòu)與材料性能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)微孔的存在未明顯降低材料導(dǎo)電性能，同時(shí)，多界面的微孔結(jié)構(gòu)有利于材料內(nèi)部電磁波的多重反射，可提高材料的電磁屏蔽性能。在9.5 GHz時(shí)，PC/5wt％CNT復(fù)合材料泡沫的比電磁屏蔽效能為16.9 dB·(g· cm-3)-1。更有意義的是，微泡孔的引入對(duì)脆性的PC/CNT起到了明顯的增韌作用，拉伸與沖擊性能的表征都印證了這種增韌效果。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中PC/1wt％CNT的復(fù)合材料微孔泡沫的比缺口沖擊強(qiáng)度可高達(dá)35

5、.3 kJ·m-2·(g·cm-3)-1，相對(duì)于未發(fā)泡復(fù)合材料提高了662％，相對(duì)于未發(fā)泡的純PC提高了436％。微孔誘導(dǎo)的塑性變形及微泡孑L對(duì)裂紋尖端的鈍化作用是其主要增韌機(jī)理。
　?、菫榻鉀Q高填料含量復(fù)合材料難以發(fā)泡的困境，我們通過(guò)對(duì)聚合物體系的選擇及材料組分的調(diào)控，制備了PC/PS/CNT復(fù)合材料泡沫。為了提高基體間的界面相容性，選擇了苯乙烯馬來(lái)酸酐接枝共聚物(SMA)作為增容劑并研究了SMA的含量對(duì)PC/PS相結(jié)構(gòu)的影響。

6、對(duì)復(fù)合材料泡沫的微觀結(jié)構(gòu)觀察得知CNT選擇性的分散于PC相而非PS相，這歸因于分子極性以及界面張力的作用。另外，對(duì)復(fù)合材料泡沫發(fā)泡各階段的微觀結(jié)構(gòu)觀察得知，泡孔主要在PS相中產(chǎn)生與增長(zhǎng)，這是由兩種基體不同發(fā)泡條件及熔體強(qiáng)度造成的。
　　⑷系統(tǒng)研究了CNT選擇性分散及泡孔選擇性分布的材料結(jié)構(gòu)對(duì)PC/PS/CNT復(fù)合材料導(dǎo)電與力學(xué)性能的影響。當(dāng)PS組分含量較少以分散相存在時(shí)，連續(xù)的未發(fā)泡PC相可起到保持材料導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和提供力學(xué)支撐的雙重

7、作用，而發(fā)泡的PS可起到體積排除和增韌材料體系的作用。PC70/PS30/CNT復(fù)合發(fā)泡材料導(dǎo)電閾值為0.35 vol％，遠(yuǎn)低于未能實(shí)現(xiàn)泡孔選擇性分布的PC30/PS70/CNT發(fā)泡復(fù)合的0.94 vol％。另外，基于PS微孔泡沫的增韌作用，發(fā)泡后的PC70/PS30/1％CNT復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度較發(fā)泡前提高了245％。微觀形貌分析也進(jìn)一步驗(yàn)證了微泡孔對(duì)PC70/PS30/CNT復(fù)合材料的增韌機(jī)理。本章提供了一種通過(guò)材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備