聚丙烯/镀镍玻纤导电复合材料的结构控制与性能研究

摘要

导电聚合物复合材料由于其优异的加工性能和电阻可调控性而在抗静电、电磁屏蔽、电子封装、微电子器件等领域得到广泛应用。通过控制导电填料在聚合物基体中形成的导电网络结构实现复合材料的高性能化和多功能化是目前导电聚合物复合材料制备领域的重要研究课题。本课题在前期制备的聚丙烯(PP)/镀镍玻璃纤维(NCGF)导电复合材料的基础上，分别通过退火处理和加入成核剂研究了结晶形态的变化对PP/NCGF复合材料性能的影响。另一方面在PP/NCGF混合物模压成型过程中施加外磁场诱导NCGF取向制备出了导电性能各向异性的PP/NCGF复合材料。主要研究结果如下：
　　(1)将PP/NCGF复合材料在150℃条件下保温1h，采用DSC和XRD分析PP结晶形态的变化，测试退火处理后复合材料的导电性能和力学性能。结果表明，当NCGF含量较低时，退火处理增大了PP的晶粒尺寸和结晶度，破坏了初步形成了导电网络，使电导率降低，同时结晶的完善和晶粒尺寸的增大导致PP/NCGF的拉伸强度和杨氏模量提高，断裂伸长率降低。
　　(2)在PP/NCGF体系中加入成核剂DBS研究PP结晶形态的改变对复合材料性能的影响。结果表明，DBS的加入诱导了更多晶核的生成，使PP的结晶度增大，晶粒尺寸减小。通过DBS诱导晶粒细化和晶区扩展引起的体积排除效应促进了NCGF导电网络的完善，有效降低了PP/NCGF复合材料的导电逾渗值降低至0.35vol％并提高了PP/NCGF复合材料的电导率。DBS的加入引起PP晶粒的细化同时弱化了球晶间的界面，减少了内部缺陷；另一方面DBS诱导更多晶核的生成改善了NCGF与PP之间的界面作用力，从而使拉伸强度提高。同时随着NCGF含量的提高，NCGF相互连接形成的导电通路逐步完善，使PP/NCGF/DBS复合材料的平均电磁屏蔽效能逐步增大。其中，复合材料对电磁波的吸收损耗为其主要屏蔽机制。
　　(3)在PP/NCGF混合物模压成型过程中施加1 T的磁场诱导NCGF取向制备各向异性的PP/NCGF导电复合材料。研究了磁场施加时间和NCGF含量对电导率各向异性的影响。结果表明，随着施加磁场时间的延长，NCGF在磁场中的取向程度越高，但平行磁场方向上的电导率和电导率各向异性比随施加磁场时间的延长呈现先上升后降低的趋势。当施加磁场时间为10min时，平行磁场方向上的电导率和电导率各向异性比最高，同时，PP分子链在磁场作用下也发生了一定程度的取向。随着NCGF含量的增加，平行和垂直磁场方向上的电导率均增加，但由于高含量的NCGF使垂直磁场方向上的导电通路趋于完善，同时相邻的NCGF之间的相互干扰抑制了其在磁场中的取向，导致电导率各向异性比降低。由于NCGF在磁场中的取向，使平行和垂直磁场方向上的导电通路完善程度存在差异，从而导致PP/NCGF复合材料电磁屏蔽性能的各向异性。

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第一章 绪论

1.1 导电聚合物复合材料

1.2 导电网络微观结构的控制

1.3 磁场诱导制备各向异性导电复合材料的研究

1.4 本课题研究的意义及内容

第二章 退火处理对PP/NCGF导电性能的影响

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 PP/NCGF/DBS复合材料的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 各向异性PP/NCGF导电复合材料的制备及性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢