导电聚合物微层共挤装置的研制

摘要

导电聚合物材料是一类新型的功能复合材料，它既具有金属材料的导电性，又具备高分子材料的特性，具有易于加工成型、柔性好、质量轻、强度高、成本低等优点，目前正被广泛应用于电子电器、光学、生命科学、军事、航空航天、能源等各个领域。日渐扩大的市场需求促使导电聚合物材料的制备技术得到了较快的进步与发展，其中，微层共挤法的应用与发展近几十年来备受导电聚合物行业的关注，它可通过层倍增系统将两种（或两种以上）不同聚合物复合成交替层叠材料，层数可以达到成百上千层。本文主要研制了一种新型微层共挤装置，并在此基础上进行了导电聚合物材料的制备和性能研究，主要内容如下:
　　 1、综述了国内外导电聚合物材料的发展和应用，对其分类与导电机理进行了较详细的介绍，并总结了导电聚合物材料的各种制备方法，重点介绍了微层共挤技术的应用与发展;
　　 2、基于自主设计加工的汇流复合单元、层叠单元、片材口模和管机头，研制了片材和管材微层共挤装置，其中，层叠单元是该装置实现熔体微分层叠的核心部分，通过模拟研究总结了各结构尺寸对其流道压力的影响规律，为层叠单元的结构优化设计提供了参考。研制的微层共挤装置经试机时其最大压力控制在设计要求范围内，有效解决了在其他研究中出现的因串联层叠单元数过多、压力过大而引起的漏料问题。
　　 3、利用所设计的片材微层共挤装置，对PS/CB和PS两种聚合物进行微层共挤，获得了具有交替层叠结构的导电聚合物片材，该方法获得的材料因具有双逾渗结构其逾渗值比普通共混导电聚合物材料大幅降低。进一步研究发现，层数的过分增多将使材料的导电网络因受过强的剪切作用而被破坏，从而对导电性造成负面影响。实验结果还发现，采用微层共挤法获得的PS绝缘层和PS/CB导电层交替分布的层叠材料其韧性比普通共混导电聚合物有显著提高，这是因为层叠材料相邻层存在层间压力，在受到拉伸作用力时相邻层不易被剥离，从而使韧性增大。这将有望解决填充型导电聚合物导电性能增加而韧性变差的问题。
　　 4、本文利用粒子示踪分析法模拟得到各因素对层叠单元流道边界处熔体扭转效果的影响规律，为层叠单元流道的优化设计提供了参考;通过Moldex3D模拟证明层叠单元对纤维流动具有取向作用;通过模拟对管机头流道结构进行了优化。此外，还提出了一种新结构的层叠单元流道。

目录

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学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 导电聚合物的发展与应用

1．2 导电聚合物的分类及导电机理

1．2．1 导电聚合物的分类

1．2．2 导电聚合物的导电机理

1．2．3 复合型导电聚合物材料导电性能的影响因素

1．3 复合型导电聚合物材料的传统制备方法

1．4 层叠共挤技术概述

1．4．1 微层共挤技术的发展

1．4．2 微层共挤技术的应用

1．5 研究目的和意义

1．6 主要研究内容

第二章 微层共挤装置的研制

2．1 引言

2．2 微层共挤装置的设计

2．3 汇流复合单元的设计与加工制造

2．4 层叠单元的设计与加工制造

2．4．1 层叠单元流道熔体压力损失的模拟

2．4．2 层叠单元结构尺寸的优化设计

2．5 片材口模的设计

2．6 管机头的设计

2．7 微层共挤实验装置的搭建

2．8 本章小结

第三章 微层共挤导电聚合物的制备与性能研究

3．1 引言

3．2 微层共挤实验的研究

3．2．1 片材微层共挤实验的研究

3．2．2 管材微层共挤实验的研究

3．3 微层共挤导电PS／CB和PS片材的制备及性能研究

3．3．1 实验原料

3．3．2 实验设备

3．3．3 实验过程

3．3．4 实验结果

3．4 本章小结

第四章 模拟分析与结构优化

4．1 引言

4．2 层叠单元流道内的粒子示踪分析

4．2．1 流道水平流程长对粒子轨迹的影响

4．2．2 体积流率对粒子轨迹的影响

4．2．3 流道入口面长宽比对粒子轨迹的影响

4．3 层叠单元和管机头流道的模拟分析

4．3．1 层叠单元流道对纤维取向作用的模拟分析

4．3．2 管机头流道的模拟分析和结构优化

4．4 新结构层叠单元流道的设计

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 课题总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

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