导电高分子复合材料的导电粒子可控分布及形态调控研究

发布时间：2020-10-31 15:02

　　 导电高分子复合材料由于其优异的电学、力学和成型加工性而备受关注。制备性能优异的导电高分子复合材料的关键在于在低导电粒子含量下实现高导电性。但是,对于常规的填料分散,由于空间效应往往需要很高的添加量才能形成导电网络;并且由于导电填料的随机分布,使得材料的导电性能在各个方向并无差别,这很大程度的限制了导电高分子复合材料的使用范围。因此,有效的导电填料分布将决定复合材料最终的导电性能。本文重点从导电填料分布的角度和形态调控出发,旨在调节导电填料在高分子基体中的有效分布,构建高效且具有各向异性的导电网络。为了解决以上问题,本文通过构建隔离结构、磁场对磁性粒子的取向排列来有效地控制导电填料在高分子基体中的分布,通过形态调控的方法设计了不同形态结构的导电复合材料,降低了材料的导电逾渗值,并且使其具有各向异性导电。主要内容包括以下几个方面:(1)通过在聚乳酸/聚己内酯/多壁碳纳米管(PLLA/PCL/MWCNTs)复合材料组装形成具有隔离结构的导电网络,降低导电复合材料的逾渗阈值。首先,将MWCNTs分散在PCL中以获得PCL/MWCNTs母料。其次,将此母料在100℃下良好地涂覆在PLLA颗粒上。最后,将包覆的PLLA颗粒模压成型以形成隔离结构。形貌观察显示MWCNTs只分散在连续PCL相中,这种结构使其拥有0.0085wt%MWCNTs的超低逾渗阈值。并且在仅含0.05wt%的MWCNTs的复合材料中实现了3.84×10~(-4) S/m的高电导率。此外,具有隔离结构的复合材料不仅比相应的常规复合材料具有高10%的杨氏模量,而且保持了高的断裂伸长率和拉伸强度。(2)通过磁场诱导磁性纳米粒子定向排列自组织调控等规聚丙烯(iPP)/线性低密度聚乙烯(LLDPE)共混物的形态结构。首先,将氧化铁(Fe_3O_4)与LLDPE熔融共混形成LLDPE+Fe_3O_4母料;其次,将此母料与iPP熔融混合形成具有随机分布的LLDPE+Fe_3O_4“岛结构”的iPP/(LLDPE+Fe_3O_4)复合材料。最后,将随机分布的复合材料在低磁场中进行磁场处理,从而诱导LLDPE“岛结构”相互聚结形成“带状结构”。结果表明,具有平行“带状结构”的复合材料的屈服强度,杨氏模量和储能模量均高于具有“岛结构”的复合材料。由于界面滑移,具有“带状结构”的样品的复数粘度低于具有“岛结构”的样品。(3)利用磁性粒子在磁场作用下的定向排列来实现各向异性的导电网络。首先将PCL与纳米镍颗粒(Ni)熔融共混,然后将其在100℃下包裹在PLLA/MWCNTs颗粒表面,再将包裹有Ni/PCL的PLLA/MWCNTs颗粒在190℃下热压形成隔离结构;最后将具有隔离结构复合材料在低磁场中100℃下处理30min。结果表明,磁场处理后,不同方向的导电性能展现出有很大的差异。当导电测试方向与磁场处理方向平行时,样品的导电性能明显好于与磁场垂直的方向,如当加入4.5wt%的纳米镍时,平行方向的电导率为1.28x10~(-3)S/m,而垂直方向的电导率为4.76x10~(-9)S/m,相差了大约6个数量级,表现出明显的各向异性导电性能。对于非隔离的体系,在相同镍含量和磁场处理条件下,未表现出导电各向异性,说明导电各向异性与隔离结构和磁场排列有关。
【学位单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33
【部分图文】：

随着导电填料含量的增加，可以在聚合物基体中建立额外的导电通路，允许电导率逐渐增加直至达到饱和平台，如图 1-1 所示。图 1-1 CPCs 的经典逾渗曲线。Fig. 1-1 Classical percolation curve of CPCs图 1-1 描述的就是 CPCs 的电导率与导电粒子浓度之间的关系，我们可以用经典的逾渗理论[10,11]进一步分析： tc 0公式 1-1其中 表示导电高分子复合材料电导率，t 是与 CPCs 中导电网络的维度相关的

图 1-2 隔离结构时的导电网络形态原理图Figure 1-2 Schematic draws of the conductive network morphology of segregated structure制备 s-CPCs 的方法一般有三种：（1）干法或溶液混合：干法或溶液混合[26,27]是将导电填料与高分子基体粒子过简单的溶液或干法混合使得高分子粒子表面包覆填料粒子，再通过模压成型

其中一相或不相容两相连续的高分子界面，从而形成相态和导电填料网络同时连续的一种导电网络形态。这种结构可以使得导电填料在整个基体中隔离，在有限的体积下形成部分基体和填料连续的结构，可以极大降低填料的添加量。其形态原理图如图 1-3 所示：
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 袁炜;齐亚平;李宝;罗发亮;王克智;;芳基取代酰肼类化合物对PLLA-PPC合金性能的影响[J];宁夏大学学报(自然科学版);2018年04期

2 Li Chen;Xiujiang Pang;;The Assembly of C60 in Semicrystalline PLLA Matrix[J];Nano-Micro Letters;2012年01期

3 Jun Shao;Yan-long Liu;Sheng Xiang;Xin-chao Bian;Jing-ru Sun;李杲;陈学思;Hao-qing Hou;;The Stereocomplex Formation and Phase Separation of PLLA/PDLA Blends with Different Optical Purities and Molecular Weights[J];Chinese Journal of Polymer Science;2015年12期

4 林强;陈海云;李皓莘;蔡杨庭;;Preparation of PLLA/bpV(pic) Microspheres and Their Effect on Nerve Cells[J];Journal of Huazhong University of Science and Technology(Medical Sciences);2014年01期

5 廖岚;YANG Shuang;Richard J Miron;WEI Junchao;ZHANG Yufeng;张萌;;In vitro Characterization of PBLG-g-HA/PLLA Nanocomposite Scaffolds[J];Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition);2014年04期

6 聂宇;杨述华;杨操;叶哲伟;傅德皓;胡勇;;PLLA可吸收螺钉内固定治疗三踝骨折31例报告[J];创伤外科杂志;2007年01期

7 ;A New Route for Preparation of β-TCP/ PLLA Composite[J];Chinese Chemical Letters;2006年06期

8 李建波;韩君;任杰;;Interaction of Human Fibroblasts with Electrospun Composites Gelatin/PLLA,Chitosan/PLLA and PLLA Fibrous Scaffolds[J];Journal of Shanghai Jiaotong University(Science);2012年05期

9 ;Research of Osteo-induced Rat Mesenchymal Stem Cells Seeding onβ-TCP/PLLA Porous Composite[J];生物医学工程学杂志;2005年S1期

10 ;In Vitro Characterizations of PLLA/β-TCP Porous Matrix Materials and RMSC-PLLA-β-TCP Composite Scaffolds[J];Journal of Materials Science & Technology;2004年03期

相关博士学位论文 前10条

1 毛海良;基于聚乳酸/聚乙二醇两亲性嵌段共聚物的立构复合型温敏性物理水凝胶[D];浙江大学;2018年

2 李经伦;MPEG-PLLA-PTMC/ZNS-PDN纳米胶束治疗大鼠急性脊髓半切损伤的实验研究[D];重庆医科大学;2017年

3 鲁玺丽;可生物降解形状记忆聚L—乳酸及其共聚物的结构与性能[D];哈尔滨工业大学;2006年

4 郝红;PLLA及其共聚物研究[D];西北工业大学;2005年

5 邵英;聚L-乳酸/聚L-乳酸接枝的纳米羟基磷灰石复合材料（PLLA/PLLA-gHA）的生物相容性研究[D];吉林大学;2007年

6 黄鑫;新型纳米无定型磷酸钙/聚乳酸复合材料联合碱性成纤维细胞生长因子修复关节软骨缺损的实验研究[D];浙江大学;2008年

7 周智华;聚-L-乳酸及其复合材料的制备与性能研究[D];中南大学;2007年

8 潘刚伟;基于热诱导的全立构高分子量聚乳酸纤维的制备及其性能研究[D];江南大学;2017年

9 韩婷;功能化聚硅氧烷微球的制备及其在聚乳酸中的应用[D];华东理工大学;2015年

10 彭维海;新型可吸收材料PLLA/PLLA-gHA的生物降解性及生物力学性能的实验研究[D];吉林大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 师盟盟;聚乳酸的结晶及力学性能的调控[D];宁夏大学;2018年

2 吕培;功能化聚乳酸基纳米复合材料的制备与性能研究[D];江南大学;2018年

3 吴云亮;负载骨细胞外基质的PLLA/SF仿生纳米纤维支架对人源iPSCs的成骨作用研究[D];东华大学;2018年

4 王永涛;粘附性可调控超疏水PLLA材料的制备及其应用研究[D];郑州大学;2018年

5 杨欢;聚乳酸基多孔纤维的可控电纺研究[D];吉林大学;2018年

6 石玉东;导电高分子复合材料的导电粒子可控分布及形态调控研究[D];西南大学;2018年

7 张欢欢;聚乳酸/纤维素纳米晶复合材料中立构复合晶体的高压形态调控[D];西南交通大学;2018年

8 王亚慧;后处理对改性PLLA/PDLA纤维性能的影响[D];武汉纺织大学;2018年

9 肖薇;聚乳酸立构共混及共聚复合体的结晶行为研究[D];西安工业大学;2018年

10 徐畅;PLLA/PCL拓扑结构聚合物的合成及其薄膜对咖啡黄葵保鲜效果的研究[D];内蒙古农业大学;2018年

本文编号：2864106