导电硅橡胶材料的研究

摘要

本文主要研究了导电硅橡胶的制备方法和导电性能以及形态结构，探索了导电硅橡胶导电机理。利用三种金属复合型导电填料（镀银铝粉、镀银玻璃微珠和镀镍石墨）以及两种碳系导电填料（碳纳米管和石墨烯）制备了不同导电硅橡胶；研究了五种填料单独添加以及不同类型填料并用对导电硅橡胶力学性能、导电性能、加工性能和形态结构的影响。 论文第一部分研究了五种导电填料单独加入到硅橡胶中制备了导电硅橡胶，研究了导电填料添加量对导电硅橡胶性能影响，结果表明：镀银铝粉导电硅橡胶渗流阈值为210phr左右，此时体积电阻率为1×10-3Ω·cm，表面电阻为0.017Ω；镀银玻璃微珠导电硅橡胶渗流阈值为250phr左右，体积电阻率为6.77×10-3Ω·cm，表面电阻为0.26Ω；镀镍石墨导电硅橡胶渗流阈值为160phr左右，体积电阻率1.96Ω·cm，表面电阻为22.82Ω；碳纳米管导电硅橡胶渗流阈值为7phr左右，此时体积电阻率为11.89Ω·cm，表面电阻为66.53Ω，石墨烯导电硅橡胶的渗流阈值为25phr左右，此时体积电阻率为3250Ω·cm，表面电阻为5200Ω。五种导电硅橡胶在渗流阈值附近体积电阻率和表面电阻均下降了10个数量级左右，导电性能大幅度提升。扫描电镜测试表明，五种导电填料能够较为均匀地分散在导电硅橡胶中，没有发生明显团聚；随着导电填料增加，五种导电硅橡胶填料网络结构性越来越强，并且填料网络优先于导电网络形成；五种导电填料均使导电硅橡胶力学性能降。 为了减少金属填料用量，在硅橡胶基体中搭建新型的导电网络，论文第二部分制备了金属复合型导电填料以碳系导电填料两两并用的六种导电硅橡胶，研究了不同类型填料并用添加量对导电硅橡胶性能影响，结果表明：镀银铝粉/碳纳米管导电硅橡胶渗流阈值为130phr/2phr左右，镀银玻璃微珠/碳纳米管导电硅橡胶的渗流阈值为80phr/3phr左右，镀镍石墨/碳纳米管导电硅橡胶的渗流阈值为100phr/5phr左右，镀银铝粉/石墨烯导电硅橡胶渗流阈值为100phr/8phr左右，镀银玻璃微珠/石墨烯导电硅橡胶渗流阈值为80phr/5phr左右，镀镍石墨/石墨烯导电硅橡胶渗流阈值为100phr/5phr左右，添加少量碳纳米管和石墨烯使金属复合型导电填料发生渗流转变的用量大幅度降低，但是在渗流阈值附近的导电性能两种不同类型填料并用比使用单一金属复合型导电填料略差。 在前两部分基础下，论文对不同类型填料并用的导电网络进行了探讨，结果表明：在三维方向上不同类型填料以不同的分布状态构成的三维导电网络比单一填料导电网络稳定，提高了导电性能稳定性，初步拟合了金属复合型导电填料与碳纳米管线性计算方法。

目录

符号说明

第一章 绪论

1.1引言

1.2硅橡胶简介

1.2.1硅橡胶结构与性能

1.2.2硅橡胶的分类

1.3导电填料简介

1.3.1金属系导电填料

1.3.2金属复合系导电填料

1.3.3碳系导电填料

1.4导电机理

1.4.1导电通路理论

1.4.2隧道效应理论

1.4.3场致发射理论

1.5国内外研究进展

1.5.1国内研究现状

1.5.2国外研究现状

1.6本课题的研究目的和内容

第二章 金属复合型填料和碳系填料对硅橡胶导电性能的影响

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1原料

2.2.2仪器设备

2.2.3试样制备

2.2.4性能测试

2.3结果与分析

2.3.1镀银铝粉对导电硅橡胶性能的影响

2.3.2镀银玻璃微珠对导电硅橡胶性能的影响

2.3.3镀镍石墨对导电硅橡胶性能的影响

2.3.4 碳纳米管对导电硅橡胶性能的影响

2.3.5石墨烯填充量对导电硅橡胶性能的影响

2.4本章小结

第三章 金属复合填料/碳系填料并用对导电硅橡胶性能的影响

3.1前言

3.2实验部分

3.3结果与分析

3.3.1镀银铝粉/碳纳米管并用对导电硅橡胶性能的影响

3.3.2镀银玻璃微珠/碳纳米管并用对导电硅橡胶性能的影响

3.3.3镀镍石墨/碳纳米管并用对导电硅橡胶性能的影响

3.3.4镀银铝粉/石墨烯并用对导电硅橡胶性能的影响

3.3.5镀银玻璃微珠/石墨烯并用对导电硅橡胶性能的影响

3.3.6镀镍石墨/石墨烯并用对导电硅橡胶性能的影响

3.4本章小结

第四章 不同填料并用导电硅橡胶导电网络探讨

4.1镀银铝粉和碳纳米管不同填充量对导电硅橡胶导电性能对比

4. 2镀银铝粉和碳纳米管不同填充量对导电硅橡胶导电网络的影响

4.3填料并用导电硅橡胶导电网络探讨

4.4本章小结

总结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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