炭黑本征性能与其填充聚乙烯复合材料导电性能的研究

发布时间：2017-12-04 09:21

  本文关键词：炭黑本征性能与其填充聚乙烯复合材料导电性能的研究

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【摘要】：炭黑作为一种传统的炭材料,其独特的结构和良好的导电导热性能,使其在热学、电化学、力学等领域有着广泛的应用。在前人对碳纤维、中间相沥青等材料的研究中,高温热处理可以显著提高易石墨化炭材料的导电性能。然而人们对炭黑的导电性能在不同处理温度下变化的机理还不甚明确。由于炭黑具有良好的导电性,可以将其填充在聚合物中,从而显著改善复合材料的机械性能和导电性能。由于在聚合物中直接添加炭黑无法得到性能优良的导电复合材料,因此,需要通过改进复合材料加工工艺和对炭黑进行修饰来提高复合材料性能。在本工作中,我们选择N330、乙炔黑、科琴炭黑这三种常见的炭黑作为模型,对其进行不同程度的热处理,首先考察了热处理下炭黑初级颗粒的结构及形貌的变化以及进而引起的炭黑物理和化学性能的改变；其次,探究了不同复合工艺和高温改性炭黑对复合材料导电性及机械性能的影响。得出以下结论：1.对N330、乙炔黑、科琴炭黑进行了不同温度的热处理。发现经过2800℃处理之后,炭黑的比表面积和结构度均降低,聚集体尺寸减小。在高于1500℃时,随着热处理温度的升高,其结晶度与有序性逐渐增大,逐渐形成多面体结构,且炭黑结构的改善程度与炭黑粒径有关,粒径大的炭黑石墨化程度更大。2.对N330、乙炔炭黑、科琴炭黑进行了本征导电性的研究。发现随着对炭黑热处理温度的升高,炭黑的电阻率呈先下降后上升的趋势,在1500℃附近具有电阻率最低值。通过建立炭黑导电模型,探究了其导电性随处理温度变化的原因：处理温度高于1500℃时,虽然炭黑微观结构得以改善,载流子迁移速率得以提高,但是由于载流子浓度的大幅下降,因此其电阻率呈现反常上升的趋势。3.以高密度聚乙烯(HDPE)为高分子基体,以N330和乙炔炭黑及其石墨化之后的样品为导电填料,分别采用熔融共混法和溶液共混法制备了导电复合材料,并研究了其电学和力学性能。结果发现：与加入未石墨化炭黑的高密度聚乙烯复合材料相比,加入石墨化炭黑后复合材料的渗滤阈值和体积电阻都有所增大,拉伸强度和模量下降,断裂伸长率提高。与熔融法相比,溶液法制备的复合材料中炭黑分散较好,从而使其渗滤阈值和体积电阻率下降,但是由于溶剂的部分残留和较多的缺陷,溶液法所得复合材料的机械性能较差。4.采用硅烷偶联剂对石墨化炭黑进行改性,研究发现偶联剂的加入改善了石墨化炭黑在高密度聚乙烯中的分散性和与基体的相容性,从而使复合材料的体积电阻率和渗滤阈值下降,机械性能提高。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ325.12;TB332

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：1250509