聚乳酸基导电高分子复合材料气体敏感行为研究

发布时间：2019-04-10 11:04

【摘要】：导电高分子复合材料(CPCs)是指将一种或多种导电填料添加到聚合物基体中制备得到的一种具有优异电学性能的复合材料,由于其在抗静电材料、电磁屏蔽材料、自控温材料、环境监测传感器以及电子器件等工业领域应用前景广阔而受到学术界及工业界的广泛关注。逾渗现象是CPCs特有的一种绝缘体-导体转变行为,其指填料浓度增至某一临界区域时,试样的电导率显著提高,这意味着填料在聚合物基体内部形成了导电通路使材料发生了由绝缘体向导体的转变。基于上述逾渗行为,处在逾渗区的CPCs试样在外场的作用下常常表现出较为丰富的响应行为,尤其是温度场、拉伸压缩应力外场以及有机溶剂的刺激下的响应行为研究更是引人关注。目前,导电填料填充CPCs对外场刺激尤其是有机气体的响应机制仍不太清楚,这也在一定程度上制约了CPCs在有机气体泄漏、环境监测等领域的应用。在本论文中,首先我们以生物可降解聚乳酸(PLA)为基体,炭黑(CB)和碳纳米管(CNTs)为填充导电填料,通过熔融共混法制备了两种CPCs,对比研究了其逾渗行为,选取逾渗区附近的试样测试了材料的气敏行为,并对两种CPCs的气敏性能演变机制进行了对比。为了探讨界面对于有机气体在气敏行为中扩散过程的影响,选取苎麻纤维(ramie fiber,RF)作为填充物填充CPCs,用同样的方法制备得到了CB/RF/PLA以及CNTs/RF/PLA复合材料。通过对比研究,分析了CPCs的气体敏感行为的响应机制,并阐述了含有不同维度导电填料(CB是0维,CNTs是1维)的CPCs在气敏测试时浸润-取出循环中导电网络的演变情况。结果表明RF加入形成的界面促进了有机气体的浸润与挥发,提高了复合材料的气敏稳定性。研究了多壁碳纳米管(CNTs)/PLA/聚丙烯(PP)复合材料的微观形貌与电性能及气敏性能的关系,研究了高分子基体组分比对CPCs形貌的影响,发现当PLA/PP比例从70/30变为60/40时,共混物实现了由海岛结构向共连续结构的转变,流变学测试也验证了该转变过程。为了研究CNTs在基体中的分布及网络构建对于材料电性能的影响,将CNTs与PLA或PP预混后再与另一相高分子混合制备了两类复合材料,讨论了该动力学因素对于体系性能的影响,并对CNTS在基体中的分布进行了热力学分析和预测。随后对A7P3(PLA/PP比例为70/30)、A6P4(PLA/PP比例为60/40)、Pre-PLA(CNTs与PLA预混的CPCs试样)和Pre-PP(CNTs与PP预混的CPCs试样)四种复合材料进行不同有机气体刺激的气敏测试,并分析和对比了不同形态结构在不同气体刺激下的响应行为。相对于单相基体CPCs,多相高分子CPCs不但可以延长其在良溶剂测试中的使用寿命,而多相高分子对于有机气体的选择性响应也在一定程度上拓宽了CPCs的测试范围,为以后CPCs功能化推广及工业化应用提供了新思路。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33

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本文编号：2455745