聚合物基高导电复合材料的制备及颗粒级配技术研究

摘要

聚合物基高导电复合材料不仅具有优良的机械和力学性能，同时具有可调的电学性能，易于成型，成本较低，因而成为功能高分子材料领域的研究热点之一。目前广泛用作传真电极板、燃料电池双极板、防静电外壳罩板、电磁波吸收件、电磁屏蔽板等[1]。
　　本论文采用混炼-高温模压成型的方法，利用自制多温模压成型装置，设计并制备以出聚酰亚胺、聚苯并噁嗪为基体，石墨、碳纤维为填料的高导电复合材料，研究不同聚合物基体，不同导电填料的加入以及不同的填料处理方式、级配复配方式对聚合物基高导电复合材料的导电性能和力学性能的影响。
　　在不同的树脂基体中，极性较强的聚酰亚胺树脂与导电填料的相容性最好;对填料采用不同的处理方法，其对复合材料导电性能和力学性能的影响是不同的。采用溶剂化处理，去除了石墨填料表面的环氧树脂保护层，从而改善了填料与树脂基体的相容性，提高了导电复合材料的导电性能和力学性能;对石墨填料高温氧化处理后，其石墨微粒层状结构膨胀，相互接触形成导电通道概率提高，有利于在较小导电含量时形成完善的导电通道，但力学性能显著下降;对碳纤维进行液相常温浓硝酸氧化处理后复合材料导电性能得到大幅提高，力学性能则有不同程度的下降。理论分析表明，石墨微粒的微观形状不同于炭黑粒子的葡萄串结构，而是其片层结构垂直于电场方向。通过实验研究石墨和碳纤维的复配，以及不同粒径石墨填料的级配制备的复合材料试样电阻率和力学性能变化，发现填料的复配能显著影响复合材料的导电性能，而单一填料的双粒径级配则是最优的级配比例。通过采取动态力学机械分析复合材料界面结合情况，发现石墨和碳纤维填料复配后的的复合材料其储能模量与损耗模量均有大幅提高，表明其界面粘结强度提高。
　　综上研究，在优化的实验条件下，我们获得了弯曲强度最大为70.65MPa，体积电阻率范围最小在10-3～10-2Ω·cm的聚酰亚胺/石墨和聚酰亚胺/石墨/碳纤维高导电复合材料。该材料拥有较好的力学性能和导电性能，从而具有良好的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 聚合物基导电复合材料概述

1．2 聚合物基导电复合材料研究现状

1．2．1 聚合物基导电复合材料的分类

1．2．2 聚合物基导电复合材料的的导电性影响因素分析

1．2．3 聚合物基导电复合材料的导电机理研究现状

1．3 聚合物基导电复合材料颗粒级配技术概述

1．3．1 刚体填充体系颗粒级配

1．3．2 固液填充体系颗粒级配

1．3．3 聚合物基导电复合材料的颗粒级配

1．4 本课题研究目标和研究内容

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．4．3 拟解决的关键问题

1．4．4 拟采取的实验方法及技术路线

1．4．5 本课题的研究特色与创新点

第二章 聚合物基高导电复合材料的电性能影响因素研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验仪器、设各及性能

2．2．3 试验样品制备

2．2．4 体积电阻率的测试

2．2．5 结构形态的表征

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 不同聚合物基体材料对材料导电性能的影响

2．3．2 不同填料的选择对复合材料导电性能的影响

2．3．3 填料表面处理对复合材料导电性能的影响

2．3．4 导电填料含量对材料导电性能的影响

2．3．5 聚合物基导电复合材料的电阻率理论计算

2．4 本章小结

第三章 聚合物基导电复合材料的力学性能研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 试验材料

3．2．2 试验仪器、设备及性能

3．2．3 试验样品制备

3．2．4 力学性能的测试

3．2．5 结构形态的表征

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 导电填料的选择和含量对材料力学强度的影响

3．3．2 导电填料的表面处理对材料力学强度的影响

3．4 本章小结

第四章 聚合物基导电复合材料的填料级配、复配研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 试验材料

4．2．2 试验仪器、设备及性能

4．2．3 试验样品制各

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 聚合物基导电复合材料的填料复配、级配对材料电学性能影响

4．3．2 聚合物基导电复合材料的填料级配、复配对材料力学性能影响

4．4 动态力学测试研究聚合物基高导电复合材料的界面

4．4．1 聚合物高导电复合材料的界面结构

4．4．2 动态力学(DMA)分析聚合物基导电复合材料的界面

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

论文工作期间取得的科研成果及发表论文情况