納米粒子填充環(huán)氧樹脂-熱塑性樹脂復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、由于熱塑性塑料在環(huán)氧齊聚物中具有良好的溶解性能,隨著環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)的進行,體系發(fā)生固化反應(yīng)誘導(dǎo)的相分離過程,對改性體系的相結(jié)構(gòu)研究表明,體系會形成“雙連續(xù)相”結(jié)構(gòu),并且在一定條件下可以發(fā)生“相反轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象;由于反轉(zhuǎn)相結(jié)構(gòu)是由少量的熱塑性塑料構(gòu)成網(wǎng)狀連續(xù)相而組成的,而體系的力學(xué)性能及熱電性能往往以連續(xù)相為主,因此這種結(jié)構(gòu)有利于體系性能的大幅度提高。由于共混性質(zhì)的不同,多相體系的結(jié)構(gòu)可提供導(dǎo)電填料不均勻分布機會,導(dǎo)電填料在多相體系中某一區(qū)

2、域聚集而形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),有利于提高基體導(dǎo)電性,同時降低導(dǎo)電粒子濃度及逾滲閥值。因此,本文利用簡單的溶液共混法首次探索了聚碳酸酯(PC)在環(huán)氧樹脂(EP)/炭黑(CB)基體中的分散性及其復(fù)合材料的電學(xué)性能,研究發(fā)現(xiàn)PC并不能在EP/CB基體中形成有效的逾滲導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),但這為下一步的研究奠定了基礎(chǔ)。于是,再次利用簡單的溶液共混法探索新型環(huán)氧樹脂(EP)/聚醚酰亞胺(PEI)/炭黑(CB)及環(huán)氧樹脂(EP)/聚醚酰亞胺(PEI)/碳納米管(C

3、NT)三元導(dǎo)電復(fù)合材料的制備工藝,研究了不兼容兩相EP和PEI及CB/CNT形成的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及其電性能,分析CB/CNT含量、PEI含量對復(fù)合材料體系的導(dǎo)電及介電性能的影響,同時采用掃描電子顯微鏡(SEM)、光學(xué)顯微鏡(OM)、差熱掃描量熱儀(DSC)、熱重分析儀(TG)、數(shù)字超高電阻微電流測量儀等研究了復(fù)合材料的相結(jié)構(gòu)、炭黑的選擇分散性、復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及導(dǎo)電性能。研究結(jié)果如下:
　　1.通過理論計算炭黑的預(yù)期分

4、布與SEM分析表明,在EP/PC基體樹脂中,炭黑分布于親和力大、界面張力較小的聚碳酸酯相中,形成清晰的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),有利于其電性能的提高;在相同CB含量情況下,三元復(fù)合材料EP/ PC(20)/CB的體積電阻率要明顯低于二元EP/CB復(fù)合材料;就介電性能來說,前者也要優(yōu)于后者。
　　2.通過計算預(yù)測,CB粒子在EP/PEI樹脂基體中優(yōu)先選擇分布于對CB粒子親和力較大的PEI中。經(jīng)過SEM、OM物相分析,進一步論證了EP/PEI/CB復(fù)

5、合材料具有雙逾滲結(jié)構(gòu);CB在EP/PEI/CB復(fù)合材料的逾滲閥值為0.5wt％,此時復(fù)合材料的體積電阻率<104Ω·cm;PVP改性后的CB粒子在丙酮中分散性和穩(wěn)定性最好并且失重率12.16%;PVP改性后的CB粒子主要被EP所包裹,EP/PEI/PVP-CB復(fù)合材料內(nèi)部沒有形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),其體積電阻率一直處于較高數(shù)量級水平;在低頻時, CB含量同為1wt%情況下, EP/PEI/CB復(fù)合材料對應(yīng)的相對介電常數(shù)比EP/PEI/PVP

6、-CB復(fù)合材料高出2個數(shù)量級。DSC分析表明,CB/PVP-CB填充導(dǎo)電復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)較EP/PEI而言都有所提高,其中EP/PEI/PVP-CB復(fù)合材料的Tg提高最大,EP/PEI(25)/PVP-CB較EP/PEI(25)/CB提高1.7℃。
　　3.掃描電鏡,光學(xué)顯微鏡,電性能,DSC,TG分析表明,當(dāng)PEI含量為25wt%時,兩種碳納米管對應(yīng)的復(fù)合材料都能形成相反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),原始 CNT主要分布于 PEI相中,

7、而PVP-CNT分布于EP相中;PVP-CNT粒子在丙酮中分散性和穩(wěn)定性最好并且失重率10.27%;CNT在EP/PEI/CNT復(fù)合材料的逾滲閥值為0.5wt%,此時復(fù)合材料的體積電阻率<104Ω·cm,PVP改性后的EP/PEI/PVP-CNT復(fù)合材料體積電阻率一直處于較高數(shù)量級水平,為1011Ω·cm;與EP/PEI/PVP-CNT相比,EP/PEI/CNT復(fù)合材料具有更高的相對介電常數(shù),約高出一倍;然而,PVP改性過的CNT復(fù)合材