新型微纳叠层导电复合材料制备装置及其性能研究

摘要

随着社会的发展，人们对塑料制品的要求也越来越高。以往塑料工业的发展主要依赖于绝缘产品的研究和应用，随着科学家们对半导体、导体甚至超导体的探索及各行业对导电塑料应用需求的增大，导电塑料生产技术发展日新月异。微层共挤出技术最早由美国科学家于上世纪60年代末提出，作为一种先进的成型技术，可将两种或多种不同聚合物加工成具有成百上千层交替结构的复合材料。经过几十年的发展，该技术正逐渐由科学研究阶段向工业应用阶段过渡。本文以微层共挤出技术为基础，主要对交替多层结构复合材料的导电性进行了研究。
　　 1、本文对导电塑料不同的制备方法进行了总结，并对各种导电理论进行了综述;对微层共挤出技术的发展及现状进行了概括，并着重描述微层共挤出技术的原理;提出了一种全新的微层共挤出技术。
　　 2、设计了微层共挤出技术的核心设备-层叠器，并对其结构原理进行了详细的描述，针对层叠器的分层效果进行了相关实验。实验结果表明，与搭接式层倍增模具相比，无论是分层效果还是分层效率，层叠器都有明显优势;层叠器可使复合材料的层数呈22n+1提高，且微层分布均匀，可通过螺杆转速及口模厚度调节。
　　 3、采用实验室自制的微层共挤实验设备，主要研究了不同聚合物/导电填料体系的导电性能，并与传统加工工艺进行了对比。实验结果表明，交替结构导电复合材料可通过双逾渗行为极大降低逾渗阈值，可降低成本;层数的增多会对填料在聚合物基体中的分散状态产生变化，进而对复合材料的导电效果产生不利影响;微层结构对炭黑(CB)及不锈钢纤维(SSF)两种填料在PP基体中形态的影响不同，前者主要体现在对CB团聚体及链状结构的破坏，后者主要体现在对SSF在基体中的取向影响，从而导致导电各向异性。
　　 4、层叠器流道由四个分流道组成，流程差导致聚合物熔体在其中的流动并不均匀，采用ANSYS软件对已有层叠器流道结构进行优化，发现保持其他结构尺寸不变，只改变上下两分流道的入口尺寸即可;另外针对已有带阻尼块成型口模对微层结构的破坏作用，建议采用T型口模，并通过模拟分析得到理想的口模结构尺寸。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 导电塑料概述

1．1．1 导电塑料制备方法

1．1．2 导电塑料导电理论

1．2 微层共挤技术概述

1．3 研究的目的和意义

1．4 主要研究内容

第二章 新型交替多层复合材料制备装置及性能初探

2．1 引言

2．2 层叠器的结构设计

2．2．1 微层共挤出系统

2．2．2 层叠器流道设计及原理

2．2．3 层叠器外形设计

2．3 层叠器性能初探实验

2．3．1 层叠器分层效果实验

2．3．2 螺杆转速对层厚的影响

2．3．3 PA6／PP体系徽层共挤效果

2．4 本章小结

第三章 基于模内层叠填充型复合材料导电性能的研究

3．1 引言

3．2 基于模内层叠聚合物／炭黑体系导电性能的研究

3．2．1 实验部分

3．2．2 结果与讨论

3．2．3 应用举例

3．3 基于模内层叠聚合物／纤维体系导电性能的研究

3．3．1 实验部分

3．3．2 结果和讨论

3．4 本章小结

第四章 基于ANSYS的层叠器和成型口模数值模拟

4．1 引言

4．2 聚合物熔体挤出成型基本理论

4．2．1 基本假设

4．2．2 基本方程

4．3 层叠器流道优化设计

4．3．1 流道三维模型的建立

4．3．2 物性参数的选择

4．3．3 网格划分

4．3．4 边界条件

4．3．5 速度场分析

4．3．6 压力场分析

4．4 成型口模流道优化设计

4．4．1 流道三维模型的建立

4．4．2 物性参数的选择

4．4．3 网格划分

4．4．4 边界条件

4．4．5 速度场及压力场分析

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介

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