聚乳酸/超导电炭黑抗静电复合材料的制备及性能研究
发布时间：2021-11-15 04:41
以聚乳酸（PLA）为基体,超导电炭黑（SCCB）为抗静电剂,三氯甲烷为溶剂,通过溶液共混法制得PLA/SCCB抗静电复合材料。通过体积电阻率测试、热重分析、力学性能测试等方法,研究了SCCB含量对复合材料抗静电性能、热稳定性能、力学性能等的影响。结果表明,当SCCB含量达到2%（质量分数,下同）时,就能使复合材料从绝缘体变成半导体,满足抗静电的要求,但其力学性能却有所下降;SCCB的加入还提高了复合体系的结晶性能和热稳定性能,当SCCB添加量为4%时,起始分解温度提高了20.5℃。
【文章来源】：中国塑料. 2017,31(11)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１ＳＣＣＢ的ＴＥＭ照片
·５０·聚乳酸／超导电炭黑抗静电复合材料的制备及性能研究ρｖ小幅下降，当ＳＣＣＢ含量从１％增加到２％时，ρｖ急剧下降，变化幅度高达８个数量级；ＳＣＣＢ含量继续增加时，ρｖ的变化趋于平缓，这主要与ＳＣＣＢ粒子在ＰＬＡ基体中的分散状态有关。ＳＣＣＢ含量较低时，ＳＣＣＢ粒子间距大，在ＰＬＡ基体中难以形成持续的导电通路；ＳＣＣＢ含量增加到渗透阈值２％时，ＳＣＣＢ粒子间则相互连接形成持续的导电回路，导电性能迅速提高，表现为ρｖ的急剧下降；ＳＣＣＢ含量超过渗透阈值时，由于导电通路已经形成，ＳＣＣＢ含量的增加对导电性能的影响较小［６－８］。实验测定的渗透阈值较其他文献低［９－１０］，是因为本实验使用的炭黑是纳米级的ＳＣＣＢ，比表面积大，结构性高，性能优良。图２ＳＣＣＢ含量对ＰＬＡ／ＳＣＣＢ复合材料ρｖ的影响Ｆｉｇ．２ＥｆｆｅｃｔｏｆＳＣＣＢｃｏｎｔｅｎｔｏｎｖｏｌｕｍｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆＰＬＡ／ＳＣＣＢｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ２．３ＴＧ分析根据材料的起始分解温度（ｔ１０，失重１０％的温度）、半寿温度（ｔ５０，失重５０％的温度）以及最大失重速率时的温度（ｔｍａｘ）来评估复合材料的热稳定性能。由图３（ａ）可知，所有配方的复合材料均为２步失重，第一步失重发生在８５～１５０℃之间，对应于复合材料中残留溶剂ＣＨＣｌ３的挥发；第二步是复合材料的分解过程。由表２可知，纯ＰＬＡ的ｔ１０为３２３．１℃，ｔ５０为３７３．６℃，ｔｍａｘ为３７８．８℃
为晶粒尺寸，ｎｍ；β为实测样品衍射峰半高宽度，（°）；ｋ＝０．８９；λ＝０．１５４１８ｎｍ）可算出ＰＬＡ及其复合材料的晶粒尺寸Ｄ（１１０／２００），结果如表３所示。可以得知，ＰＬＡ复合材料的晶粒尺寸较纯ＰＬＡ明显增大，这归因于ＳＣＣＢ粒子对ＰＬＡ分子有异相成核的作用［１０］，即ＳＣＣＢ的加入提高了ＰＬＡ的结晶能力。样品：１—Ｐ０２—Ｐ１３—Ｐ２４—Ｐ３５—Ｐ４６—Ｐ５７—Ｐ６８—Ｐ７图４ＰＬＡ／ＳＣＣＢ复合材料的ＸＲＤ谱图Ｆｉｇ．４ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｏｆＰＬＡ／ＳＣＣＢｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ２．５力学性能分析从图５中可知，随着ＳＣＣＢ含量的增加，复合材料的拉伸强度小幅下降，而弹性模量则明显增大。复合材料的拉伸强度降低可能与ＳＣＣＢ在ＰＬＡ中的分散状态有关，如图６所示。由图可知，低ＳＣＣＢ含量下，ＳＣＣＢ在树脂基体中分散良好，无明显团聚现象。而高ＳＣＣＢ含量下，ＳＣＣＢ在ＰＬＡ基体中分散不均匀，有明显团聚现象出现，加上ＳＣＣＢ粒子本身强度低，无法与ＰＬＡ基体形成强的界面相互作用，所以导致受力时易表３ＰＬＡ／ＳＣＣＢ复合材料的晶粒尺寸Ｔａｂ．３ＣｒｙｓｔａｌｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆＰＬＡ／ＳＣＣＢｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ样品２θ／（°）β／（°）Ｄ（１１０／２００）／ｎｍＰ０１７．０５０．５１０１５．５９Ｐ１１７．１５０．４３０１８．４９Ｐ２１７．０００．４６５１７．１０Ｐ３１７．０５０．４０３１９．７３Ｐ４１７．０５０．４２
【参考文献】：
期刊论文
[1]高分子材料用抗静电剂的研究进展[J]. 蒋杰,孙连强,徐战,韦坚红. 塑料助剂. 2016(02)
[2]导电炭黑在抗静电聚合物中应用[J]. 韩振江,苏家凯,刘庆利,朱长生. 塑料制造. 2016(Z1)
[3]纳米乙烯基硅树脂对聚乳酸的热稳定性影响[J]. 周露,王新龙,王佳辉. 现代塑料加工应用. 2013(06)
[4]聚乳酸/纳米碳管防静电复合材料的制备与性能[J]. 喻亚格,贾军芳,叶正涛,朱平,崔莉. 高分子材料科学与工程. 2013(11)
[5]炭黑/聚氯乙烯抗静电复合材料的制备及性能[J]. 田瑶珠,程利萍,宋帅,秦军,罗筑. 塑料. 2012(03)
[6]聚酰亚胺/导电炭黑抗静电复合薄膜的性能研究[J]. 吴海红,尤鹤翔,董云飞,俞娟,王晓东,黄培. 绝缘材料. 2012(02)
[7]炭黑/环氧树脂复合材料的导电阈值现象[J]. 郑君刚,张伟. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2010(01)
[8]生物可降解聚乳酸的改性及其应用研究进展[J]. 曹燕琳,尹静波,颜世峰. 高分子通报. 2006(10)
[9]LDPE／炭黑复合导电材料PTC／NTC效应形成机理的探讨[J]. 张雄伟,黄锐. 成都科技大学学报. 1994(05)
博士论文
[1]尼龙11/白炭黑纳米复合材料的原位制备、结构及性能研究[D]. 张云升.中北大学 2012
硕士论文
[1]聚乳酸的改性及应用性能研究[D]. 苏瑞霞.齐鲁工业大学 2014
本文编号：3496052
【文章来源】：中国塑料. 2017,31(11)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１ＳＣＣＢ的ＴＥＭ照片
·５０·聚乳酸／超导电炭黑抗静电复合材料的制备及性能研究ρｖ小幅下降，当ＳＣＣＢ含量从１％增加到２％时，ρｖ急剧下降，变化幅度高达８个数量级；ＳＣＣＢ含量继续增加时，ρｖ的变化趋于平缓，这主要与ＳＣＣＢ粒子在ＰＬＡ基体中的分散状态有关。ＳＣＣＢ含量较低时，ＳＣＣＢ粒子间距大，在ＰＬＡ基体中难以形成持续的导电通路；ＳＣＣＢ含量增加到渗透阈值２％时，ＳＣＣＢ粒子间则相互连接形成持续的导电回路，导电性能迅速提高，表现为ρｖ的急剧下降；ＳＣＣＢ含量超过渗透阈值时，由于导电通路已经形成，ＳＣＣＢ含量的增加对导电性能的影响较小［６－８］。实验测定的渗透阈值较其他文献低［９－１０］，是因为本实验使用的炭黑是纳米级的ＳＣＣＢ，比表面积大，结构性高，性能优良。图２ＳＣＣＢ含量对ＰＬＡ／ＳＣＣＢ复合材料ρｖ的影响Ｆｉｇ．２ＥｆｆｅｃｔｏｆＳＣＣＢｃｏｎｔｅｎｔｏｎｖｏｌｕｍｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆＰＬＡ／ＳＣＣＢｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ２．３ＴＧ分析根据材料的起始分解温度（ｔ１０，失重１０％的温度）、半寿温度（ｔ５０，失重５０％的温度）以及最大失重速率时的温度（ｔｍａｘ）来评估复合材料的热稳定性能。由图３（ａ）可知，所有配方的复合材料均为２步失重，第一步失重发生在８５～１５０℃之间，对应于复合材料中残留溶剂ＣＨＣｌ３的挥发；第二步是复合材料的分解过程。由表２可知，纯ＰＬＡ的ｔ１０为３２３．１℃，ｔ５０为３７３．６℃，ｔｍａｘ为３７８．８℃
为晶粒尺寸，ｎｍ；β为实测样品衍射峰半高宽度，（°）；ｋ＝０．８９；λ＝０．１５４１８ｎｍ）可算出ＰＬＡ及其复合材料的晶粒尺寸Ｄ（１１０／２００），结果如表３所示。可以得知，ＰＬＡ复合材料的晶粒尺寸较纯ＰＬＡ明显增大，这归因于ＳＣＣＢ粒子对ＰＬＡ分子有异相成核的作用［１０］，即ＳＣＣＢ的加入提高了ＰＬＡ的结晶能力。样品：１—Ｐ０２—Ｐ１３—Ｐ２４—Ｐ３５—Ｐ４６—Ｐ５７—Ｐ６８—Ｐ７图４ＰＬＡ／ＳＣＣＢ复合材料的ＸＲＤ谱图Ｆｉｇ．４ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｏｆＰＬＡ／ＳＣＣＢｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ２．５力学性能分析从图５中可知，随着ＳＣＣＢ含量的增加，复合材料的拉伸强度小幅下降，而弹性模量则明显增大。复合材料的拉伸强度降低可能与ＳＣＣＢ在ＰＬＡ中的分散状态有关，如图６所示。由图可知，低ＳＣＣＢ含量下，ＳＣＣＢ在树脂基体中分散良好，无明显团聚现象。而高ＳＣＣＢ含量下，ＳＣＣＢ在ＰＬＡ基体中分散不均匀，有明显团聚现象出现，加上ＳＣＣＢ粒子本身强度低，无法与ＰＬＡ基体形成强的界面相互作用，所以导致受力时易表３ＰＬＡ／ＳＣＣＢ复合材料的晶粒尺寸Ｔａｂ．３ＣｒｙｓｔａｌｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆＰＬＡ／ＳＣＣＢｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ样品２θ／（°）β／（°）Ｄ（１１０／２００）／ｎｍＰ０１７．０５０．５１０１５．５９Ｐ１１７．１５０．４３０１８．４９Ｐ２１７．０００．４６５１７．１０Ｐ３１７．０５０．４０３１９．７３Ｐ４１７．０５０．４２
【参考文献】：
期刊论文
[1]高分子材料用抗静电剂的研究进展[J]. 蒋杰,孙连强,徐战,韦坚红. 塑料助剂. 2016(02)
[2]导电炭黑在抗静电聚合物中应用[J]. 韩振江,苏家凯,刘庆利,朱长生. 塑料制造. 2016(Z1)
[3]纳米乙烯基硅树脂对聚乳酸的热稳定性影响[J]. 周露,王新龙,王佳辉. 现代塑料加工应用. 2013(06)
[4]聚乳酸/纳米碳管防静电复合材料的制备与性能[J]. 喻亚格,贾军芳,叶正涛,朱平,崔莉. 高分子材料科学与工程. 2013(11)
[5]炭黑/聚氯乙烯抗静电复合材料的制备及性能[J]. 田瑶珠,程利萍,宋帅,秦军,罗筑. 塑料. 2012(03)
[6]聚酰亚胺/导电炭黑抗静电复合薄膜的性能研究[J]. 吴海红,尤鹤翔,董云飞,俞娟,王晓东,黄培. 绝缘材料. 2012(02)
[7]炭黑/环氧树脂复合材料的导电阈值现象[J]. 郑君刚,张伟. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2010(01)
[8]生物可降解聚乳酸的改性及其应用研究进展[J]. 曹燕琳,尹静波,颜世峰. 高分子通报. 2006(10)
[9]LDPE／炭黑复合导电材料PTC／NTC效应形成机理的探讨[J]. 张雄伟,黄锐. 成都科技大学学报. 1994(05)
博士论文
[1]尼龙11/白炭黑纳米复合材料的原位制备、结构及性能研究[D]. 张云升.中北大学 2012
硕士论文
[1]聚乳酸的改性及应用性能研究[D]. 苏瑞霞.齐鲁工业大学 2014
本文编号：3496052
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