高分子-炭黑復(fù)合材料流變行為-導(dǎo)電功能的相關(guān)性研究.pdf

1、與金屬材料相比較，高分子基導(dǎo)電復(fù)合材料不僅具備獨特的電學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，還具有質(zhì)量輕、成本低、易加工、耐腐蝕等特點，在靜電屏蔽、自限溫發(fā)熱帶、自恢復(fù)保險絲等一系列領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。通常，聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電行為源于導(dǎo)電粒子所形成的、貫穿基體的三維滲流網(wǎng)?，F(xiàn)有研究尚不能清晰地揭示導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成及其對溫度、機械作用等外界刺激的響應(yīng)機制。 本論文以炭黑(CB)為填充物，以乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、高密度聚乙烯(HDPE)、等

2、規(guī)聚丙烯(iPP)和溶液聚合丁苯橡膠(SSBR)為基體，研究相應(yīng)填充物體系流變行為一導(dǎo)電功能的相關(guān)性。首次建立了熔體基于儲能模量(G')、損耗模量(G”)的動態(tài)流變一導(dǎo)電行為同步測試方法和基于法向應(yīng)力(FN)的靜態(tài)流變一導(dǎo)電行為同步測試方法。以流變一導(dǎo)電行為同步測試為主要研究手段，結(jié)合差示掃描量熱分析(DSC)等手段，系統(tǒng)考察CB填充高聚物復(fù)合材料熔融態(tài)電阻(R)與G'、G"和動態(tài)損耗正切tan8隨時間、剪切作用的變化以及基體等溫與非等

3、溫結(jié)晶所造成的電阻與流變學(xué)參數(shù)變化，試圖建立復(fù)合材料熔體導(dǎo)電性能與粘彈特征間的關(guān)聯(lián)，揭示高分子基體結(jié)晶對復(fù)合材料導(dǎo)電與粘彈性能的影響，探索溫度與剪切場下復(fù)合材料聚集態(tài)結(jié)構(gòu)形成與演化的微觀機制。 研究結(jié)果表明，ETFE/CB導(dǎo)電復(fù)合材料的滲流區(qū)間對應(yīng)CB體積分數(shù)(ψCB)=0.05～0.11，PTC強度隨ψCB增加而降低。當ψCB=0.11時，復(fù)合體系具有良好的PTC循環(huán)穩(wěn)定性，而ψCB=0.15時，復(fù)合體系PTC循環(huán)穩(wěn)定性較差。

4、室溫下，電阻率P—儲能模量G'關(guān)系曲線圖也呈逾滲現(xiàn)象，逾滲區(qū)間為G'=676～876MPa。 動態(tài)流變.導(dǎo)電性能同步測試表明，除本征電阻松弛外，剪切應(yīng)變(γ)作用可造成滲流網(wǎng)絡(luò)的破壞，R在臨界應(yīng)變以上大幅度增大。隨γ增大，G與R分別在Gt由線性到非線性轉(zhuǎn)變時的臨界應(yīng)變(γCG)與R由導(dǎo)電到絕緣轉(zhuǎn)變時臨界應(yīng)變(γCR)處發(fā)生突變。對于熔融態(tài)的ETFE/CB與HDPE/CB復(fù)合材料以及未交聯(lián)的SSBR/CB體系，γCR>γCG。隨ψ

5、CB增加，γCR降低，γCG增大。對于SSBR/CB交聯(lián)體系而言，γCR<γCG，二者均與ψCB無關(guān)。對于熔融態(tài)HDPE/CB體系，γCR與γCG均隨溫度升高而增大。 在HDPE/CB復(fù)合材料等溫結(jié)晶過程中，流變參數(shù)與R均在特征時間值處發(fā)生了突變。動態(tài)方法得到的特征時間(tG')小于靜態(tài)方法得到的特征時間(TF)，二者均隨ψCB增加及結(jié)晶溫度Tc降低而縮短。由于剪切誘導(dǎo)結(jié)晶，tG'隨γ及頻率(ω)增大逐漸減小。在低ω區(qū)域，物理凝

6、膠時間(Tc)與tG'一致。流變儀平行板央具表面粗糙度顯著影響HDPE/CB復(fù)合材料的tG'與tF，從而影響成核與晶體生長。與HDPE/CB復(fù)合材料類似，iPP/CB復(fù)合材料等溫結(jié)晶的動態(tài)特征時間tG'小于靜態(tài)特征時間tF。與HDPE/CB復(fù)合材料不同，流變儀平行板央具表面粗糙度對iPP/CB復(fù)合材料的特征時間tG與tF無明顯影響。 在HDPE/CB與iPP/CB復(fù)合材料非等溫結(jié)晶過程中，隨溫度降低流變參數(shù)與R均在特征溫度處發(fā)生

7、突變。λ較低時，動態(tài)測試方法得到的TG,非常接近DSC曲線結(jié)晶峰溫度(TP)，而靜態(tài)方法得到的特征溫度TF低于TGt。 研究發(fā)現(xiàn)，高分子基體結(jié)晶首先造成滲流網(wǎng)絡(luò)破壞。當結(jié)晶程度達到一定值后，CB粒子在無定形區(qū)聚集，進而形成滲流網(wǎng)絡(luò)?；w結(jié)晶以及由此所引起CB粒子分散狀態(tài)的變化共同決定了動態(tài)流變參數(shù)。由于動態(tài)與靜態(tài)方法測試原理的不同，在電阻與流變參數(shù)發(fā)生突變的臨界時間、臨界溫度處，高分子基體的相對結(jié)晶度不同。動態(tài)方法所得臨界變量處