退火温度对CF/LDPE多孔复合材料的结构和性能的影响研究

摘要

为了消除传统电子烟加热线圈产生的有毒重金属和电子烟烟油受热氧化产生的有毒羟基化合物的危害，本文采用注塑成型工艺并结合微粒浸出技术成功制备了一种新型的尼古丁控制释放系统的载体材料，即碳纤维填充低密度聚乙烯（CF/LDPE）多孔导电复合材料，并对该复合材料的注塑成型工艺、组织结构、导电性能、正温度系数（PTC）效应、尼古丁释放行为以及尼古丁烟气中主要重金属元素浓度和主要羟基化合物含量进行了分析研究。
　　对CF/LDPE多孔复合材料注塑成型工艺研究表明，该复合材料最合适的注塑成型工艺为：注塑压力75MPa、保压压力30MPa、保压时间0.8s。
　　对CF/LDPE多孔复合材料的组织结构研究表明，该复合材料仅仅是CF和LDPE的简单混合物，且退火过程中CF和LDPE没有发生任何化学反应；随着退火温度的增加，该复合材料的LDPE基体的结晶度和熔点均增加；由于聚氧化乙烯（PEO）的浸出，大量不规则的小孔分布在裸露的CF附近，且退火过程中软化的LDPE与CF之间具有良好的相容性导致LDPE在CF表面铺展和流动；CF/LDPE多孔复合材料具有相互连通的孔隙结构，其主要孔径为1μm左右，且随着退火温度的增加，CF/LDPE多孔复合材料的主要孔径尺寸逐渐增加，有效孔隙率逐渐减小。
　　对CF/LDPE多孔复合材料的性能研究表明，该复合材料的各种性能可以通过退火处理来改善。CF/LDPE多孔复合材料在退火后其导电性、PTC效应和自发热性能均大幅度提高，且随着退火温度的增高，其导电性、PTC效应和自发热性能越好。
　　对CF/LDPE多孔复合材料的尼古丁释放行为研究表明，该复合材料具有稳定的尼古丁释放行为，且尼古丁释放浓度可以通过退火处理来改善，复合材料退火温度越高其尼古丁释放浓度越大。加载尼古丁的CF/LDPE多孔复合材料产生的尼古丁气体中的重金属元素浓度比传统电子烟烟气中的重金属元素浓度小很多；加载尼古丁和丙二醇溶液混合物的CF/LDPE多孔复合材料释放的尼古丁烟气中不存在甲醛，而存在微量乙醛。这些结果都说明CF/LDPE多孔复合材料可以用于新型的尼古丁控制释放系统的载体材料。

目录

声明

1 绪论

1.1 聚合物基导电复合材料概述

1.2 CPCs导电性能及PTC效应的影响研究

1.3国内外对尼古丁传送系统的研究现状

1.4本课题探究目的、构思和内容

2 实验过程

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 试样制备

2.4 结构和性能的表征

3 CF/LDPE多孔复合材料的注塑工艺

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 试验结果和讨论

3.4 本章小结

4 CF/LDPE多孔复合材料的组织和结构

4.1 CF/LDPE多孔复合材料的物相分析

4.2 CF/LDPE多孔复合材料非等温结晶行为分析

4.3 CF/LDPE多孔复合材料的断面形貌分析

4.4 CF/LDPE多孔复合材料的孔隙结构分析

4.5 本章小结

5 CF/LDPE多孔复合材料的性能研究

5.1 退火温度对复合材料导电性的影响

5.2 退火温度对复合材料PTC效应的影响

5.3 退火温度对复合材料自发热性能的影响

5.4 本章小结

6 CF/LDPE多孔复合材料的尼古丁释放行为探究

6.1 退火温度对复合材料的尼古丁释放行为影响

6.2 烟气中重金属元素分析

6.3 烟气中羟基化合物分析

6.4 本章小结

7全文总结

7.1 主要结论

7.2 工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间的科研成果