具有共连续结构的TPU/PP导电聚合物复合材料的形态结构及性能研究

摘要

导电高分子复合材料(CPCs)是指以高分子聚合物为基体，与各种导电物质（如碳系导电填料，金属，金属氧化物等），经填充复合制备而成的一类具有导电功能的高分子复合材料。由于CPCs成本低、易成型加工和大规模生产以及性能可调控等优点，现已广泛应用在抗静电、电磁屏蔽、传感器件、环境监测等领域。逾渗现象是CPCs的重要特性之一，然而由传统方法制备的CPCs一般具有较高的逾渗值，而较高的填料含量一方面会增加成本，另一方面也会破坏复合材料的机械性能和加工流动性。因此，探究降低复合材料的逾渗值的方法是近年来CPCs理论和应用研究的热点和重点。
　　本论文以热塑性聚氨酯(TPU)和聚丙烯(PP)为基体，还原氧化石墨烯(RGO)和多壁碳纳米管(MWCNTs)为填料，马来酸酐接枝聚丙烯(MA-g-PP)作为增容剂，采用溶液-熔融混合的技术制备了RGO/TPU/PP和MWCNTs/TPU/PP两种CPCs，其中TPU、PP和MA-g-PP的质量比例控制为55：40：5。探究了RGO/TPU/PP复合材料的形态结构、逾渗行为和力学性能，以及 MWCNTs/TPU/PP复合材料的结构-性能的关系。主要研究结果如下：
　　采用热力学和动力学理论预测了复合材料中RGO的选择性分布，结合偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜观察分析了复合材料的形态结构和RGO的分布状态。研究结果表明，所制备的RGO/TPU/PP复合材料具有典型的共连续结构，RGO在选择性分布在TPU相中，且呈现出均匀的分散状态。利用经典逾渗理论对复合材料的逾渗行为进行分析，最终得到复合材料的逾渗值为0.054 wt％，该值远远低于石墨烯/TPU和石墨烯/PP导电复合材料的逾渗值。同时，随着RGO含量的增加，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率表现出先上升后下降的趋势，当RGO含量为0.5 wt%时，拉伸强度和断裂伸长率均达到最大值。
　　研究了RGO/TPU/PP复合材料的液敏响应行为，研究了溶剂、温度对复合材料液敏响应行为的影响，以及复合材料在不同溶剂中的循环响应行为。研究发现，溶剂的性质、温度、界面效应是影响复合材料的液敏行为的主要因素。
　　研究了MWCNTs/TPU/PP复合材料的微观形貌的演变及其对电性能、流变性能的影响。研究发现，随着MWCNTs含量的增大，复合材料中TPU和PP相区的尺寸逐渐减小，导电通路的数量增多，复合材料的电导率明显提高,逾渗值为0.22 wt%。粘度比是影响复合材料微观结构变化的主要因素。FT-IR、XRD和SEM结果说明MWCNTs均匀分散在TPU中,且MWCNTs和TPU之间结合较好。在复合材料的流变行为中，当MWCNTs含量增加到0.2 wt%时，复合材料的G′和G′′在低频区出现大幅度上升，同时复合材料的Cole-cole曲线开始偏离线性关系，这就意味着复合材料中逾渗网络的形成，且流变阈值为0.2 wt%。

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1 绪论

1.1 导电高分子复合材料的概述

1.2 导电高分子复合材料的逾渗行为及理论研究

1.3 聚合物共混物中的相形态结构

1.4 导电填料在聚合物共混物中的选择性分布

1.5 共连续结构复合材料中降低逾渗值的方法

1.6 导电高分子复合材料的有机液体敏感响应行为

1.7 本文研究内容

2 共连续RGO/TPU/PP复合材料中RGO的选择性分布研究

2.1 引言

2.2 实验过程

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 RGO/TPU/PP复合材料的有机液体敏感响应行为的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

4 共连续MWCNTs/TPU/PP复合材料的形态结构及性能研

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

个人简介

硕士期间所发表的学术论文及研究成果

致谢