聚丙烯及其复合材料的抗静电研究

发布时间：2020-10-22 14:11

　　 聚丙烯(PP)是一种热塑性高分子,具有价格低、易成型加工、性能优异等优点。聚丙烯及其与玻璃纤维(GF)的复合材料已作为工程塑料并被广泛应用于家电、汽车、医疗等众多领域。然而,PP具有较低的吸水性以及较强的电绝缘性,表面电阻率通常为1016~1018W/sq,使其在工业生产以及日常生活应用中极易积累静电荷,从而发生一系列的静电危害甚至事故。因此,制备具有优异抗静电性能的PP及其复合材料具有重要意义。本文首次使用有机盐对PP和PP/GF复合材料进行抗静电改性,旨在制备出抗静电性能好、力学性能优异的聚丙烯及聚丙烯复合材料。论文的主要研究内容如下:1.有机盐对PP的抗静电研究:研究了两种有机盐(OS)(三正丁基辛膦双三氟甲烷磺酰亚胺盐(TBOP-TFSI)和双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li-TFSI))对PP抗静电和力学性能的影响,发现加入3wt%的OS可使PP的表面电阻率下降至1012W/sq以下(达到抗静电效果)。然而,由于PP与OS的极性差别较大,OS在PP基体中会形成较大的微区。系统研究了马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)和Li-TFSI的相互作用,发现Li-TFSI与MAPP具有较好的相容性,因此将MAPP作为PP与Li-TFSI的相容剂,改善了Li-TFSI在PP中的分散性,制备了兼具抗静电性能和较好力学性能的PP材料。2.有机盐对PP/GF复合材料的抗静电研究:分别研究了两种有机盐(TBOP-TFSI以及Li-TFSI)对PP/GF复合材料抗静电及力学性能的影响,发现玻璃纤维与有机盐对复合材料的抗静电性能以及机械性能的提高具有协同作用。一方面,玻纤网络为有机盐提供了导电轨道,使有机盐能在其表面传递电荷,提高体系的抗静电性能,抗静电效果阈值降至0.25wt%。另一方面,有机盐提高了玻纤与PP基体的界面粘结性,因而复合材料的拉伸强度有显著提高。此外,两种有机盐的复配可以进一步提高有机盐的抗静电效果,当Li-TFSI:TBOP-TFSI为1:5时,有机盐的抗静电阈值可降至0.06wt%。进一步研究了玻璃纤维表面羟基含量以及有机盐阴阳离子结构对复合材料抗静电性能以及力学性能的影响。研究表明:只有当玻纤表面羟基含量适当时有机盐在其表面的电荷传递能力才能达到最佳;而且,提高有机盐的阳离子半径以及减小阴离子的空间位阻可以增强阳离子的移动能力,从而进一步提高有机盐的抗静电效果。3.MAPP对PP/GF/Li-TFSI复合材料的抗静电和力学性能研究:为进一步提高抗静电PP/GF复合材料的力学性能,深入研究了MAPP对PP/GF/Li-TFSI复合材料抗静电性能和力学性能的影响。实验通过控制Li-TFSI与MAPP合适的配比获得了兼具抗静电性能和较好机械性能的PP/GF/Li-TFSI/MAPP复合材料。实验结果表明,当体系中Li-TFSI含量为0.175wt%、MAPP含量为9wt%时,体系的电导率超过10-12Scm-1,拉伸强度超过60MPa。
【学位单位】：杭州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ325.14;TB33
【部分图文】：

TBOP-TFSI及Li-TFSI的分子结构

（A）纯PP、（B）PP/TBOP-TFSI（100-3）以及（C）PP/Li-TFSI（100-3）的断面SEM

（A）PP/GF（95:5）、（B）PP/GF（90:10）、（C）PP/GF（80:20）以及（D）PP/GF（70:30）的光学显微镜图，比例尺为100μm
【参考文献】

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本文编号：2851698