电、磁场处理对聚合物/纳米石墨复合材料结构及介电性能影响研究

摘要

聚合物基复合材料是最早受到人们关注和研究的复合材料之一，其中的无机填料的尺寸多为纳米和微米级，在热力学上处于非平衡态，对于外场的作用敏感;同时，基体（聚合物）是容易对外场的刺激做出响应的软物质。因此，利用电场、磁场辅助制备、研发新型、高性能的聚合物基复合材料已成为复合材料领域的一个重要研究方向。
　　 已往研究聚合物基复合材料，主要以实验研究为主，这样不仅浪费了大量的人力、物力和财力，而且往往难以探明相关机理。随着有限元仿真技术的发展，这一问题得到了解决。利用有限元仿真技术能更加直观地分析和模拟聚合物基复合材料的微观结构，再结合实验研究的结果，有助于分析复合材料领域的相关机理。
　　 本课题首先仿真研究了纳米石墨的掺量、径厚比和分布状态对聚合物/纳米石墨复合材料电导特性的影响，结果表明:在纳米石墨的径厚比不变时，增大其体积分数，复合材料的电导率显著增大;在纳米石墨的体积分数不变时，增大径其厚比，复合材料的电导率亦增加;取向排列时复合材料的电导率随纳米石墨与Z轴夹角的增加而增加。本文还制备了低密度聚乙烯/纳米石墨和乙烯醋酸乙烯共聚物/纳米石墨复合材料，并在复合材料的热压成型过程中施加稳恒磁场或电场，实验研究了电、磁场处理对聚合物/纳米石墨复合材料微观结构和介电性能的影响。实验结果表明:电场和磁场处理导致聚合物/纳米石墨复合材料的直流电导率增大，并且随着纳米石墨掺量的增加，电导率增大的趋势更加显著;同时，处理后复合材料的相对介电常数和损耗因数也增加，并且非均匀电场处理的效果明显于均匀电场处理。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题研究目的及意义

1．2 国内外磁场处理技术的应用及发展状况

1．2．1 磁场处理对聚合物材料结构和性能的影响

1．2．2 磁场处理对聚合物基复合材料结构和性能的影响

1．3 国内外电场处理技术的应用及发展状况

1．3．1 电场处理对聚合物材料结构和性能的影响

1．3．2 电场处理对聚合物基复合材料结构和性能的影响

1．4 聚合物基复合材料导电性能的仿真研究

1．5 本文主要研究内容

第2章 聚合物基复合材料电导特性仿真分析

2．1 COMSOL软件AC／DC模块简介

2．2 聚合物／纳米石墨复合材料介观电场模型的建立

2．2．1 聚合物／纳米石墨复合材料几何模型的建立

2．2．2 聚合物／纳米石墨复合材料电场计算模型的建立

2．3 聚合物／纳米石墨复合材料电导特性的仿真结果及分析

2．3．1 填料掺量对复合材料电导特性的影响

2．3．2 填料的径厚比对复合材料电导特性的影响

2．3．3 填料的取向对复合材料电导性能的影响

2．4 本章小结

第3章 磁场处理对聚合物／纳米石墨复合材料结构及介电性能的影响

3．1 实验设备和材料

3．1．1 实验设备

3．1．2 实验材料

3．2 磁场处理对聚合物结晶形态及结晶度影响

3．3 磁场处理对EVA／纳米石墨复合材料结构及介电性能影响

3．4 磁场处理对LDPE／纳米石墨复合材料结构及介电性能影响

3．5 本章小结

第4章 电场处理对聚合物／纳米石墨复合材料介电性能的影响

4．1 试样制备方法

4．2 电场处理对EVA／纳米石墨复合材料介电性能影响

4．2．1 均匀电场处理对EVA／纳米石墨复合材料介电性能影响

4．2．2 非均匀电场处理对EVA／纳米石墨复合材料介电性能影响

4．3 均匀电场处理对LDPE／纳米石墨复合材料介电性能影响

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢