高性能聚醚醚酮基导电复合材料及薄膜的制备与性能研究

发布时间：2017-11-19 08:07

  本文关键词：高性能聚醚醚酮基导电复合材料及薄膜的制备与性能研究

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【摘要】：聚醚醚酮作为一种综合性能十分优异的特种工程塑料,具有重要的战略意义,自问世以来便受到各个国家的广泛关注。经过多年的发展,聚醚醚酮逐步扩大适用范围,从航空航天、军工等国家核心领域发展进入民用市场,因此为满足不同领域的使用需求,关于聚醚醚酮改性及不同制品的研发成为国内外研究的热点。为制备具有优异性能的聚醚醚酮基导电复合材料及薄膜,本论文通过一系列的筛选实验,进而确定制备聚醚醚酮基导电复合材料的基体、填料与其改性方式;然后从加工助剂角度出发,优化出高性能聚醚醚酮基导电复合材料的配方;最后在优化配方基础上,制备了系列聚醚醚酮基导电复合薄膜,并对其相关性能进行了考察。制备性能优异的聚醚醚酮基导电复合薄膜,须对基体树脂提出更高的要求,这是因为均匀平整薄膜的制备需要采用较低熔融指数的聚醚醚酮作为基体树脂。因此,在实验过程中首先采用熔融指数分别为15g/10min和25g/10min两种聚醚醚酮为基体树脂的碳纳米管/聚醚醚酮复合材料进行基体树脂的优选。两种熔融指数的聚醚醚酮均具有较低的熔融指数(较高的熔体粘度),成型收缩率相比于较高熔融指数(较低熔体粘度)的聚醚醚酮更低,均有利于后续成膜过程。但在制备碳纳米管/聚醚醚酮复合材料时,两者中熔融指数较低的聚醚醚酮(15g/10min)作为基体树脂相对于熔融指数较高的聚醚醚酮(25g/10min)而言,导电填料在基体树脂中的分散会更趋困难,碳纳米管的团聚现象更趋严重,因此选择熔融指数25g/10min的聚醚醚酮作为基体树脂。然后选择三种碳系填料进行对比,分别是碳纤维、碳黑以及碳纳米管,相同条件下制备聚醚醚酮基复合材料,通过对三种复合材料的导电性能、力学性能和热性能的评价,发现碳纳米管作为导电填料的聚醚醚酮基复合材料的各项性能均优于其它两者,因而选择碳纳米管作为后续实验的导电填料。导电复合材料性能不仅取决于基体树脂和导电填料,还取决于导电填料在基体树脂中导电网络的形成。导电网络形成不仅与导电填料在基体树脂中的分散有关,还与导电填料在基体树脂中的有效搭接有关。尝试采用聚醚酰亚胺或聚醚砜包覆改性碳纳米管,结果发现包覆改性后有利于碳纳米管在基体树脂中的分散,但不利于碳纳米管在基体树脂中的有效搭接;而未包覆改性虽有利于碳纳米管在基体树脂中的有效搭接,但却不利于碳纳米管在基体树脂中的分散。这一现象源于改性碳纳米管聚合物包覆层的出现虽然在一定程度上解决了碳纳米管的团聚问题,但是包覆绝缘层的出现也会在一定程度上影响碳纳米管的有效搭接,结果未包覆改性的碳纳米管与聚醚醚酮制备的复合材料其综合性能要优于包覆改性的碳纳米管与聚醚醚酮制备的复合材料。为了进一步改善碳纳米管在聚醚醚酮基体中的分散,分别选择高温润滑剂(GPPS)或者聚芳醚酮液晶(FPEDEKKLCP)两种助剂进行了系统研究。保持复合材料中多壁碳纳米管的含量不变,改变两种助剂的含量,发现两种助剂的加入均对碳纳米管/聚醚醚酮复合材料的各项性能有所改善。不同的是,GPPS含量为1.0wt%时制备的复合材料综合性能最优,而FPEDEKKLCP含量为0.4wt%制备的复合材料综合性能最优,由此优化出构筑复合材料的基体树脂、导电填料、填料改性方式以及助剂,这为后续制备复合薄膜做好准备。基于上述结论,分别以GPPS(1.0wt%)或者FPEDEKKLCP(0.4wt%)作为助剂制备了两个系列的聚醚醚酮基导电复合薄膜,通过调控碳纳米管的含量,复合薄膜的电导率均可达到1.0Sm~(-1)。鉴于复合薄膜还具有高强度和好的热稳定性,因此其更适合作为苛刻使用环境下的电磁屏蔽薄膜。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33

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本文编号：1202857