聚甲基丙烯酸甲酯/ATO导电复合材料的制备与性能研究

摘要

本论文以锑掺杂二氧化锡(ATO)粉为导电填料，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基体，采用原位聚合法制备PMMA/ATO导电复合材料。重点研究了ATO不同含量、不同球磨时间对PMMA/ATO导电复合材料性能的影响，同时研究了引入第三相苯乙烯。马来酸酐共聚物(SMA)和纳米SiO2对复合材料性能的影响。主要研究工作如下： (1)改性剂和改性方法探索。采用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH570)和球磨对ATO导电粉进行预处理，摸索预处理条件，并用激光粒度仪和SEM对处理结果进行表征，评价改性ATO粉的分散性和分布尺寸。结果表明，采用硅烷偶联剂KH570(3％)和球磨10h对ATO粉体进行改性的效果较好。 (2)改性ATO表面性质分析及PMMA/ATO导电复合材料制备。根据上述选定的预处理条件对ATO粉进行预处理，预处理结果用FTIR进行表征，结果表明，硅烷偶联剂KH570是通过化学反应接枝和物理包覆共同作用对ATO纳米颗粒进行改性的。以改性后的ATO粉为导电填料，采用原位聚合法制备了不同ATO含量、不同球磨时间的PMMA/ATO导电复合材料。又在此基础上引入了第三相物质，制备了PMMA/ATO/SMA复合材料和PMMA/ATO/SiO2复合材料。 (3) PMMA/ATO导电复合材料导电性、动态力学性能和热稳定性测试分析。PMMA/ATO复合材料断面的SEM照片发现：大部分ATO颗粒均匀分散在PMMA基体中，存在少量团聚体。加入第三相SMA后，ATO颗粒在基体中形成明显的导电网络结构网络；电性能结果表明：通过延长ATO球磨时间(由4h延长到10h)和在PMMA/ATO体系中加入第三相(SMA)均可提高复合材料的导电性能。 TG-DTA结果表明：ATO纳米粒子的加入对PMMA的分解起到了抑制作用，使得分解温度略有提高，热稳定性有所改善。第三相SMA的加入，在提高PMMA/ATO复合材料导电性能的同时，对其热性能影响较小。DMA测试结果表明：纯PMMA玻璃化温度为120℃，ATO含量为10％时，PMMA/ATO导电复合材料的玻璃化温度降低为115℃，随着ATO含量的进一步增加，玻璃化温度降低不明显。而随着ATO纳米粒子含量的增加，复合材料的储能模量提高。

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文摘

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章 绪 论

1.1引言

1.2导电高分子材料

1.2.1导电高分子材料的分类

1.3复合型导电高分子材料的制备方法

1.4复合型导电高分子材料的组成及对电性能的影响

1.4.1聚合物基体

1.4.2导电填料

1.5复合型导电高分子材料的导电机理

1.5.1导电通路的形成

1.5.2通路形成后的导电

1.6复合型导电高分子材料的应用

1.6.1防静电、抗电磁波材料、配线材料

1.6.2导电材料

1.6.3开关性能的元器件、光敏材料和半导体材料

1.6.4塑料电池

1.6.5分子极电路

1.6.6塑料芯片

1.6.7纳米电缆

1.7复合型导电高分子材料的发展趋势

1.8本课题研究内容及意义

1.8.1研究背景及意义

1.8.2研究内容

第二章PMMA/ATO导电复合材料的制备

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验原料及仪器

2.2.2ATO粉预处理

2.2.3 MMA的预处理

2.2.4苯乙烯-马来酸酐共聚物的制备

2.2.5模具的制备

2.2.6 PMMA/ATO复合材料的制备

2.3材料表征

2.4本章小结

第三章PMMA/ATO复合材料的导电性能

3.1结果与讨论

3.1.1 ATO预处理结果对导电性能的影响

3.1.2 ATO含量及球磨时间对PMMA/ATO复合材料导电性能的影响

3.1.3引入第三相对PMMA/ATO复合材料导电性能的影响

3.2本章小结

第四章PMMA/ATO复合材料的热性能

4.1引言

4.2结果与讨论

4.2.1不同ATO含量的PMMA/ATO导电复合材料的TG、DTG分析

4.2.2引入第三相的PMMA/ATO导电复合材料的TG、DTG分析

4.2.3 DTA分析测试

4.3本章小结

第五章PMMA/ATO复合材料的动态力学性能

5.1引言

5.2结果与讨论

5.2.1不同ATO球磨时间对复合材料动态力学性能的影响

5.2.2不同ATO含量对复合材料动态热力学性能的影响

5.2.3不同频率下的内耗-温度曲线

5.2.4测量频率f与Tg间的关系拟合

5.3本章小结

第六章结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文